提高焊接接头的疲劳强度手段VIP专享VIP免费

超声冲击对镁合金焊接接头疲劳性能的研究现状1研究的意义与目的镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的。与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有比强度、比刚度高、减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等优点[1-6]，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。是继钢铁材料、铝合金之后的第三类金属结构材料，并被称为21世纪的绿色工程材料。目前，镁及镁合金材料研究成为世界性的热点。但是，由于镁合金具有性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数大等特点，与铝合金相比，镁合金在焊接时更易形成疏松、热脆性较大的氧化膜及夹渣，其焊接性较差，镁合金焊接结构的疲劳强度较低，成为制约镁合金大规模应用的技术关键和难点。疲劳断裂是金属结构失效的主要形式之一。大量统计资料[11]表明，由于疲劳引起的焊接结构断裂事故占总断裂失效事故的90%左右。焊接接头附近区域存在应力集中、残余拉伸应力和焊接缺陷是导致疲劳断裂的主要因。目前，国内外对于镁合金焊接方面的研究还主要集中在镁合金材料的焊接方法、焊接性能、工艺性能以及常规力学性能的试验研究，有关镁合金焊接接头的疲劳强度及疲劳性能研究较少，疲劳数据相当缺乏。因此，如何提高镁合金焊接接头的疲劳强度与疲劳性能，对增加镁合金焊接结构的可靠性，促进镁合金结构的广泛应用具有重大的推进作用。2国内外研究现状目前有关镁合金疲劳问题的研究报道主要集中在疲劳裂纹的萌生与疲劳裂纹的扩展行为、循环应力响应行为、S-N曲线、ε-N曲线等。张华等[13]在研究3种快速凝固镁合金的疲劳行为时发现，在低应变幅加载的条件下，3种镁合金都表现为初始循环软化，而后则表现为持续周期很长的循环稳定，在最终断裂之前，又发生快速的循环软化、微观疲劳裂纹的萌生、疲劳裂纹的扩展与合并，可形成一条或多条宏观裂纹，引起镁合金力学性能的下降，致使合金发生循环软化直至断裂。在不同应变幅下的疲劳断口的形貌是相似的，即在宏观上呈现脆断特征，在微观上表现为脆性与韧性的混合断裂。Eisenmeier等在研究压铸镁合金的疲劳性能时发现，疲劳裂纹常常萌生于表面或次表面的气孔处。Mayer等采用在一定循环周次后停机，用SEM（ScanningElectronMicroscope）对相应的疲劳试样的表面复型进行观察，实验结果表明，在控制应变的条件下，疲劳裂纹的扩展是通过小裂纹的合并进行的。疲劳裂纹既可以沿着枝晶区域扩展，也可以直接穿过枝晶区扩展，主要取决于镁合金的微观组织结构。在较小的压应力作用下，疲劳裂纹会发生闭合，在小的拉应力作用下，疲劳裂纹则会张开。Wang等在研究铸态AM50合金的疲劳裂纹扩展行为时发现，在疲劳应力作用下，疲劳裂纹将萌生在α-Mg基体相的晶界处，而后疲劳裂纹沿着α-Mg与共晶体之间的界面扩展，但并不会贯穿整个α-Mg晶粒尺寸，当外加疲劳载荷接近或者超过合金的屈服强度时，由于晶界滑移将会导致疲劳裂纹产生二次裂纹。Nan等[17]在研究挤压态AZ31镁合金的高周疲劳性能时发现，在疲劳过程的变形初期，疲劳裂纹优先在Mg12Al17晶粒处萌生，随后以I型和Ⅱ型复合模式穿晶扩展。高洪涛等在研究镁合金疲劳强度与疲劳性能时发现，当应力幅略高于材料的疲劳极限时，裂纹扩展会受到晶界的阻碍作用，出现非平面滑移，将会导致断裂面两侧晶体的高度差异显著增大；当疲劳循环周次达到使裂纹端部积聚的能量达到足以克服晶界的阻碍作用时，疲劳裂纹就可以穿过晶界向相邻晶粒中扩展，非平面滑移积聚在晶界处的能量将得到释放，导致断裂面两侧晶体间的高度差异显著减小，此时，由于疲劳裂纹开始的时候以I型模式扩展，裂纹宽度迅速增大。在全反向加载的条件下，如果疲劳裂纹尖端的应力场强度因子较小，晶界及原有的第二相粒子将阻碍裂纹的扩展，疲劳裂纹在扩展过程中将避开枝晶间区域，而是在成分相对比较均匀的枝晶内部扩展，并形成清晰的疲劳条纹；如果疲劳裂纹尖端应力场强度因子较大，第二相粒子的破碎以及夹杂物与基体之间的分离将形成疲劳裂纹扩展的有利通道，疲劳裂纹将沿着枝晶间区域扩展，并在断口上形成锯齿状条纹。目前，镁合金焊接接头疲...