Az3lB鎂合金TIG焊接接頭疲勞評定局部法研究.pdf

1、基于輕質(zhì)高強(qiáng)及礦產(chǎn)資源豐富的優(yōu)勢，鎂合金已逐漸成為“陸?？仗臁苯煌ㄟ\(yùn)載裝備中的重要結(jié)構(gòu)材料。這些運(yùn)載裝備都是焊接結(jié)構(gòu)，大部分都承受疲勞載荷的作用，潛在的危害大多是由于焊接接頭疲勞失效引起的。而目前國內(nèi)有關(guān)鎂合金疲勞評定方法的研究還處于空白階段，因此，研究鎂合金焊接接頭疲勞性能及其評定方法對鎂合金結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用與安全性具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文主要采用有限元模擬手段研究AZ31B鎂合金TIG焊接接頭疲勞評定局部法中

2、的臨界距離法和臨界面法，并將評定結(jié)果與疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。通過疲勞試驗(yàn)分析對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字接頭三種接頭型式的疲勞性能，觀察不同接頭型式的疲勞斷裂位置，并通過掃描電鏡分析其斷裂類型；采用臨界距離(CDM)法對對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字接頭三種接頭型式進(jìn)行疲勞評定分析；采用考慮焊接殘余應(yīng)力的臨界面(CPM)法對橫向十字接頭進(jìn)行焊接溫度場和殘余應(yīng)力場分析，并最終確定局部參量進(jìn)行疲勞評定研究分析。
　　 論文

3、首先通過疲勞試驗(yàn)測試了AZ31B鎂合金對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字接頭三種典型焊接接頭型式的疲勞性能，根據(jù)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了S-N曲線擬合。按照國際焊接學(xué)會(IIW)推薦的數(shù)據(jù)處理方式，分析得出對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字接頭型式的疲勞試驗(yàn)中值(存活率50％)S-N曲線的表達(dá)式分別為：lgN=13．45-4．4919g⊿σ、lgN=11．05-3．391g⊿σ和lgN=11．38．3．371g⊿σ。得出在2×106循環(huán)次數(shù)下，三

4、種接頭型式的疲勞強(qiáng)度分別為：39．17MPa、25．11MPa和32．15MPa。采用國際焊接學(xué)會推薦的S-N曲線斜率m=3．0時(shí)，相應(yīng)的．S-N。曲線表達(dá)式分別為：lgN=11．01-3,001g⊿σIgN=10．45-3．00lg⊿σ和lgN=10．78-3．001g⊿σ。得出在2x106循環(huán)次數(shù)下，三種接頭型式的疲勞強(qiáng)度分別為：37．04PMpa、24．19MPa和31．20MPa。對比分析發(fā)現(xiàn)，采用國際焊接學(xué)會推薦的m=3．0時(shí)

5、得出的疲勞強(qiáng)度值與疲勞試驗(yàn)相比都較低，說明國際焊接學(xué)會推薦的方法對AZ31B鎂合金來說是偏于安全的。
　　 觀察不同接頭型式的疲勞斷裂的宏觀裂紋形貌，可以看出失效件的斷裂位置均位于焊趾處。通過掃描電鏡分析其斷裂類型，分析發(fā)現(xiàn)．AZ31B鎂合金焊接接頭疲勞斷口中存在大量疏松的低熔共晶物，具有河灘狀條紋、二次裂紋、舌狀條紋、臺階狀條紋等明顯的解理斷裂特征，可以認(rèn)為AZ31B鎂合金焊接接頭的疲勞斷裂屬于典型的解理斷裂。
　　

6、采用臨界距離(CDM)法中的點(diǎn)法(PM)和線法(LM)對AZ31B鎂合金對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字接頭進(jìn)行疲勞評定。通過有限元軟件模擬分析，觀察不同接頭型式的應(yīng)力云圖分布，可以看出三種接頭型式的最大應(yīng)力均位于焊趾處，即焊趾處為試件最有可能發(fā)生疲勞斷裂的危險(xiǎn)點(diǎn)。觀察不同接頭型式不同試件與最大主應(yīng)力垂直方向(沿裂紋擴(kuò)展方向)路徑r上的應(yīng)力分布狀況，即⊿σ1-r叫曲線，計(jì)算出PM法和LM法的局部應(yīng)力參量．⊿σloc-P和⊿σloc-L，

7、擬合出相應(yīng)的S-N曲線，并得出三種接頭型式采用PM法時(shí)S-N曲線的表達(dá)式分別為：lgN=15．14．4．65lg⊿σ、lgN=12．03．3．391g⊿σ和lgN=12．48-3．391g⊿σ；采用LM時(shí)，分別為：lgN=14．94-4,551g⊿σ、lgN=11．90-3．401g⊿σ和lgN=11．99-3．371g⊿σ。得出在2×10。
　　 循環(huán)次數(shù)下，對接接頭、橫向十字接頭和縱向十字接頭采用PM法的疲勞強(qiáng)度分別為79．

8、55MPa、49．10MPa和66．49Mpa；采用LM法的疲勞強(qiáng)度分別為79．01MPa、44．38MPa和48．93MPa。將評定結(jié)果與疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明，采用CDM法可以對AZ31B鎂合金三種接頭型式進(jìn)行合理的疲勞評定，其評定結(jié)果與疲勞試驗(yàn)結(jié)果相符合，依據(jù)應(yīng)力集中大小可以有效預(yù)測疲勞斷裂位置。
　　 采用考慮焊接殘余應(yīng)力的CPM法對AZ31B鎂合金典型的角接頭型式——橫向十字接頭進(jìn)行了疲勞評定研究。通過采用

9、有限元模擬軟件對橫向十字接頭型式的實(shí)際焊接順序模擬，進(jìn)行焊接溫度場和殘余應(yīng)力場耦合分析，觀察四道焊縫殘余應(yīng)力場應(yīng)力云圖分布，發(fā)現(xiàn)四道焊縫均為焊趾處應(yīng)力最大，并計(jì)算得出每道焊縫沿x、y、z三個(gè)方向的殘余應(yīng)力值。四道焊縫沿三個(gè)方向的殘余應(yīng)力大小也并不相同，相比而言，按照實(shí)際焊接順序，第三道焊縫焊趾處的殘余應(yīng)力最大。根據(jù)有限元分析計(jì)算出試件局部最大主應(yīng)力及應(yīng)力比R=0，最終計(jì)算出各試件的局部參量βexp。在Dang Van疲勞評定準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，