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)點在航空航天和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應用前景，這些領(lǐng)域離不開焊接技術(shù)的支持并承受交變載荷，而焊接接頭的疲勞問題常成為制約其安全應用的瓶頸。目前的疲勞試驗方法往往存在耗時耗力等缺點，紅外熱像法以其快速、準確、實時等優(yōu)點在疲勞試驗中得到應用，它能夠從能量角度深入分析疲勞過程的本質(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際應用價值。
　　本文借助紅外熱成像技術(shù)，通過分析試樣在循環(huán)加載過程中

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

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。當加載應力低于試樣的疲勞極限時，試樣沒有明顯的初始溫升現(xiàn)象。當試樣處于循環(huán)彈性變形范圍內(nèi)時，試樣的溫度逐漸降低直至與環(huán)境達到動態(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。
　　試驗得到AZ31B鎂合金母材在1×107循環(huán)次數(shù)下的的疲勞強度為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)下的疲勞強度分別為59 MPa和59.9 MPa，去除余高后焊接接頭的疲勞強度僅增加了1％。采用紅外熱像法預測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，與疲勞試驗的相對誤差分別為9.5％，8％和9.6％。采用紅外熱像法預測的鎂合金及其焊接接頭的疲勞壽命和試驗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，焊趾處的應力集中是導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)能夠直觀地觀測到疲勞裂紋萌生和擴展的全過程，并能及時發(fā)現(xiàn)疲勞過程中的危險點，預防疲勞事故的突發(fā)。
　　本試驗僅需得到疲勞試驗過程前兩分鐘內(nèi)的溫度場信息，即可快速預測鎂合金及其焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。在本試驗所采用的試樣的幾何尺寸和試