基于紅外熱像法的AZ31B鎂合金及其TIG焊焊接接頭的高周疲勞行為研究.pdf

1、鎂合金以其眾多優(yōu)點(diǎn)在航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，這些領(lǐng)域離不開(kāi)焊接技術(shù)的支持并承受交變載荷，而焊接接頭的疲勞問(wèn)題常成為制約其安全應(yīng)用的瓶頸。目前的疲勞試驗(yàn)方法往往存在耗時(shí)耗力等缺點(diǎn)，紅外熱像法以其快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)在疲勞試驗(yàn)中得到應(yīng)用，它能夠從能量角度深入分析疲勞過(guò)程的本質(zhì)，因此基于紅外熱像法的鎂合金及其焊接接頭的疲勞行為研究具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文借助紅外熱成像技術(shù)，通過(guò)分析試樣在循環(huán)加載過(guò)程中

2、的溫度場(chǎng)信息，研究AZ31B鎂合金及其手工TIG焊焊接接頭在高周拉-拉疲勞過(guò)程中的疲勞行為，并對(duì)循環(huán)彈性變形時(shí)試樣的溫度變化進(jìn)行了分析;通過(guò)分析帶余高和去余高焊接接頭的疲勞性能和疲勞過(guò)程中的溫度場(chǎng)信息，研究了余高對(duì)鎂合金焊接接頭疲勞行為的影響;最后，采用紅外熱像法對(duì)AZ31B鎂合金及其焊接接頭的疲勞極限和疲勞壽命進(jìn)行了快速預(yù)測(cè)。
　　結(jié)果表明:當(dāng)加載應(yīng)力高于試樣的疲勞極限時(shí)，鎂合金及其焊接接頭在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中均呈現(xiàn)5個(gè)不同的階段的

3、溫度變化:初始溫升階段、溫度下降階段、溫度穩(wěn)定階段、快速升溫階段和斷裂往后自然降溫階段，這主要是由循環(huán)硬化和循環(huán)軟化的交互作用引起的。當(dāng)加載應(yīng)力低于試樣的疲勞極限時(shí)，試樣沒(méi)有明顯的初始溫升現(xiàn)象。當(dāng)試樣處于循環(huán)彈性變形范圍內(nèi)時(shí)，試樣的溫度逐漸降低直至與環(huán)境達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這是由于循環(huán)載荷下的彈性滯后現(xiàn)象引起的熱彈性滯后造成的。
　　試驗(yàn)得到AZ31B鎂合金母材在1×107循環(huán)次數(shù)下的的疲勞強(qiáng)度為87.6MPa，其手工TIG焊帶余高和去

4、余高焊接接頭在5×106循環(huán)次數(shù)下的疲勞強(qiáng)度分別為59 MPa和59.9 MPa，去除余高后焊接接頭的疲勞強(qiáng)度僅增加了1％。采用紅外熱像法預(yù)測(cè)的鎂合金母材的疲勞極限為95.9 MPa，帶余高和去余高焊接接頭的疲勞極限分別為63.7 MPa和65.6 MPa，與疲勞試驗(yàn)的相對(duì)誤差分別為9.5％，8％和9.6％。采用紅外熱像法預(yù)測(cè)的鎂合金及其焊接接頭的疲勞壽命和試驗(yàn)得到的疲勞壽命總體吻合較好。
　　帶余高接頭的裂紋萌生位置和斷裂位置均

5、位于焊趾處，焊趾處的應(yīng)力集中是導(dǎo)致帶余高焊接接頭疲勞斷裂的主要原因;去余高接頭的裂紋萌生位置和斷裂位置位于焊縫中，去除余高后焊縫處較低的疲勞性能是導(dǎo)致去余高焊接接頭疲勞斷裂的主要原因。紅外熱像技術(shù)能夠直觀地觀測(cè)到疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的全過(guò)程，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)疲勞過(guò)程中的危險(xiǎn)點(diǎn)，預(yù)防疲勞事故的突發(fā)。
　　本試驗(yàn)僅需得到疲勞試驗(yàn)過(guò)程前兩分鐘內(nèi)的溫度場(chǎng)信息，即可快速預(yù)測(cè)鎂合金及其焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。在本試驗(yàn)所采用的試樣的幾何尺寸和試