紅外熱像法表征AZ31B鎂合金電子束焊接接頭疲勞行為及斷裂機理的研究.pdf

1、鎂合金因其輕質(zhì)高強且易于回收等特性，在“陸海空天”等領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料將具有廣泛的應(yīng)用前景。但其廣泛的應(yīng)用離不開焊接技術(shù)的支持。而焊接接頭的力學(xué)性能，尤其是疲勞問題成為制約其安全應(yīng)用的瓶頸。因此，研究鎂合金焊接接頭的疲勞行為及其斷裂機理將具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　針對鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑、易氧化等特點，本文采用真空電子束焊接方法，結(jié)合紅外熱像法，重點研究了鎂合金電子束焊接接頭在靜載拉伸、疲勞裂紋萌生及擴展過程中試件表面溫度的

2、演變規(guī)律及產(chǎn)熱機制，快速預(yù)測了焊接接頭的疲勞極限和疲勞裂紋失穩(wěn)擴展門檻值，結(jié)合斷口形貌探討了其疲勞斷裂機理。
　　研究結(jié)果表明:鎂合金及其電子束焊接接頭在拉伸試驗過程中，試件表面溫度呈現(xiàn)4個階段變化規(guī)律:初始溫度下降階段（熱彈性效應(yīng)占主導(dǎo)）;溫度緩慢升高階段（非彈性效應(yīng)占主導(dǎo)）;溫度急劇上升階段（加工硬化現(xiàn)象）以及最后自然冷卻階段。
　　鎂合金電子束焊接接頭在疲勞試驗過程中，溫度演變規(guī)律呈5個階段:初始快速升溫階段（非彈性效

3、應(yīng)占主導(dǎo)地位）;溫度下降階段（熱傳導(dǎo)效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位）;溫度平穩(wěn)階段（非彈性效應(yīng)和熱傳導(dǎo)效應(yīng)達到平衡）;溫度急劇上升階段（疲勞裂紋萌生）和最后溫度自然冷卻階段。
　　鎂合金電子束焊接接頭在疲勞裂紋擴展試驗過程中，溫度演變規(guī)律呈4個階段:初始快速升溫階段(裂紋處于快速擴展階段，da/dN=9.05×10-14(ΔK)9.13）;溫度平衡階段(裂紋進入穩(wěn)定擴展階段，da/dN=1.01×10-7(ΔK)2.49);溫度急劇上升階段(裂

4、紋快速處于失穩(wěn)擴展階段，da/dN=3.38×10-16(ΔK)10.17）以及最后溫度自然冷卻階段。
　　紅外熱像法預(yù)測得到鎂合金焊接接頭的疲勞極限和疲勞裂紋失穩(wěn)擴展門檻值分別為83MPa和17.73MPa·m1/2，并同傳統(tǒng)試驗結(jié)果相比，二者均具有較高的吻合度。
　　紅外熱像法能夠快速、實時及全場地對鎂合金電子束焊接接頭在靜載拉伸試驗、疲勞試驗以及疲勞裂紋擴展試驗過程中的損傷演變進行監(jiān)測。試件表面顏色和熱點區(qū)域的變化可作