AZ31B鎂合金TIG焊橫向接頭疲勞性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對能源和環(huán)境保護的重視，被稱為21世紀“綠色”工程材料的鎂合金受到越來越多的關(guān)注。對于大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而言，焊接技術(shù)是其最重要的加工技術(shù)，而疲勞破壞是焊接結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式。因此了解鎂合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的特點，采用合理的評定方法指導(dǎo)鎂合金焊接結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計，對于鎂合金的發(fā)展和廣泛應(yīng)用都具有極其重要的作用。 本文通過疲勞試驗對AZ31B鎂合金板材TIG焊橫向?qū)咏宇^和橫向非承載十字接頭的疲勞性能和相

2、應(yīng)的S-N曲線進行了分析，將試驗結(jié)果與同形式、同參數(shù)的鋁合金、不銹鋼焊接接頭的疲勞數(shù)據(jù)進行了比較。用熱點應(yīng)力方法對鎂合金橫向接頭進行了疲勞評定研究。利用有限元軟件對焊縫幾何尺寸與鎂合金接頭焊趾部位應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系做了分析。 研究發(fā)現(xiàn)，AZ31B鎂合金母材和兩種橫向接頭試驗數(shù)據(jù)直接擬合得到的S-N曲線斜率m分別為4.45、4.43和3.05，在2×10<'6>的循環(huán)次數(shù)下的名義應(yīng)力疲勞強度分別為57.81MPa、24.60MPa

3、、17.25MPa，兩種接頭試件的熱點應(yīng)力疲勞強度分別為29.5 MPa和20.7MPa。鎂合金橫向接頭名義應(yīng)力和熱點應(yīng)力S-N曲線的斜率和疲勞強度均高于國際焊接學(xué)會(IIW)推薦的m=3.0及相應(yīng)的疲勞強度，這說明對于鎂合金，使用m=3.0也具有一定的安全裕度。 通過試驗比較，AZ31B鎂合金兩種橫向接頭的疲勞強度是同形式鋁合金接頭的40％左右，橫向非承載十字接頭的疲勞強度還不足同形式不銹鋼接頭疲勞強度的10％。將鎂合金接頭

4、的試驗數(shù)據(jù)用國際焊接學(xué)會(IIW)推薦的m=3.0處理得出FAT值，與規(guī)范給出的同形式鋁合金和結(jié)構(gòu)鋼接頭的疲勞級別進行對比，結(jié)果表明經(jīng)過安全評定方法處理的鎂合金接頭的疲勞強度僅為規(guī)定的鋁合金疲勞級別的一半，為結(jié)構(gòu)鋼的10％～16％。 通過有限元模擬，外推得出接頭的熱點應(yīng)力，并計算得出橫向?qū)咏宇^和橫向非承載十字接頭的熱點應(yīng)力集中系數(shù)分別為1.2和1.6，說明熱點應(yīng)力集中系數(shù)與接頭形式有重要關(guān)系。AZ31B鎂合金兩種橫向接頭的熱點

5、應(yīng)力疲勞強度可用一條S-N曲線表示，說明用熱點應(yīng)力法進行鎂合金接頭的疲勞評定能夠減少焊接接頭按疲勞強度劃分的等級，比用名義應(yīng)力法進行評定具有一定的優(yōu)越性。 通過有限元的模擬，發(fā)現(xiàn)對于AZ31B鎂合金對接焊縫和角焊縫，焊趾角度θ和焊趾處過渡圓弧半徑p都是影響應(yīng)力集中系數(shù)的主要因素。焊趾角度θ的增大、焊趾處過渡圓弧半徑p的減小都會使焊趾處應(yīng)力集中系數(shù)增大，從而惡化鎂合金接頭的疲勞性能，其中焊趾角度對應(yīng)力集中系數(shù)的影響最大，并且當焊縫