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镁合金焊接接头疲劳性能的研究

作　者: 成明华
导　师: 徐玉桥；刘政军
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁合金 焊接接头 疲劳寿命 电磁搅拌 焊接缺陷
分类号: TG405
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着国家大力推动镁合金的应用和产业化,镁合金的应用技术备受关注,对于发展复杂的大型镁合金结构件,镁合金焊接技术是最为重要的成形方法,但统计资料表明,70%-90%的焊接结构失效是由于焊接接头疲劳断裂造成的。因此,研究镁合金焊接接头的疲劳性能及改善方法具有重要的理论价值和实际意义。本课题采用交流氩弧焊方法对AZ61镁合金板材进行焊接,在焊接过程中加入纵向磁场,对镁合金焊接接头金相组织、疲劳断口形貌及一般的力学性能进行试验测试。分析镁合金焊接性问题及疲劳寿命随磁场参数变化情况,讨论外加纵向磁场改善镁合金焊接接头疲劳寿命的作用机理,主要得到以下结论:1、对实验结果分析发现在焊接过程中引入磁场,通过电磁搅拌熔池,使熔池中的杂质得到球化和净化,抑制了疲劳裂纹源的产生;并且电磁搅拌作用使晶粒得到细化,形成大量细小的等轴晶,提高焊接接头整体承载能力,从而使镁合金焊接接头的疲劳性能得到显著改善。无磁场状态下疲劳寿命为11412次,为母材的73%,有磁场状态下疲劳寿命为12983次,达到母材的83.2%。母材疲劳寿命最高,为15614次。2、扫描电镜观察疲劳断口发现,AZ61镁合金焊接接头断口中没有连续、清晰的疲劳条纹,大部分区域都是由细小密集的解理台阶、扇形花样断口、河流状花样断口组成,在断口的很多地方都可以看到韧窝和撕裂棱,说明AZ61镁合金焊接接头的疲劳断裂是一种以准解理为主的脆性断裂。3、对镁合金焊接性进行分析发现:镁合金焊接过程中容易出现热裂纹和氢气孔。其中热裂纹是由于在金属凝固过程中出现了低熔点共晶产物β-Al12Mg17所致,通过控制热输入可以防止热裂纹的产生。AZ61焊接缺陷中的气孔大部分是氢气孔。通过材料本身处理切断来源和氩气适当保护可以防止气孔的产生。另外镁合金焊接过程中还会出现未焊透、夹渣、接头软化等缺陷。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章 绪论  10-23
  1.1 选题意义  10-11
  1.2 绿色结构材料—镁合金  11-13
    1.2.1 镁合金性能特点  11-12
    1.2.2 镁合金分类  12
    1.2.3 镁合金的应用  12-13
  1.3 镁合金的焊接性  13-17
    1.3.1 镁合金焊接工艺及方法的研究  13-15
    1.3.2 镁合金焊接性的影响因素  15-17
    1.3.3 镁合金的主要焊接问题  17
  1.4 镁合金疲劳性能研究现状  17-19
  1.5 焊接接头疲劳性能的影响因素  19-23
    1.5.1 应力集中和表面状态的影响  19-20
    1.5.2 焊接残余应力的影响  20-21
    1.5.3 焊接缺陷的影响  21
    1.5.4 冶金因素的影响  21
    1.5.5 显微组织的影响  21-22
    1.5.6 其他影响因素  22-23
第二章 实验材料、设备及方法  23-30
  2.1 焊接实验方法及设备  23-26
    2.1.1 镁合金焊接工艺  23-24
    2.1.2 焊接实验设备  24-26
  2.2 疲劳实验方法及设备  26-28
    2.2.1 疲劳试样的制备  26-27
    2.2.2 疲劳实验及设备  27-28
  2.3 镁合金焊接接头力学性能分析  28-29
  2.4 微观组织和断口分析  29
  2.5 X射线衍射分析  29-30
第三章 磁场作用下镁合金焊接接头疲劳性能的研究  30-48
  3.1 磁场参数对焊接接头疲劳性能的影响  30-38
  3.2 疲劳断口分析  38-41
  3.3 焊接接头金相组织分析  41-48
第四章 镁合金焊接性分析  48-53
  4.1 热裂纹  48-50
  4.2 气孔  50-52
  4.3 未焊透  52
  4.4 夹渣  52
  4.5 其他缺陷  52-53
第五章 外加磁场对镁合金焊接接头疲劳性能的作用机理  53-63
  5.1 磁场对镁合金焊接接头性能影响的作用机理  53-58
  5.2 电磁作用下晶粒的形核和生长  58-60
    5.2.1 熔体温度场均匀化  58-59
    5.2.2 机械作用  59
    5.2.3 溶质均匀化作用  59-60
    5.2.4 抑制初生α-Mg的各向异性生长  60
  5.3 外加磁场改善疲劳性能的作用机理  60-63
第六章 结论  63-64
参考文献  64-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 疲劳强度问题
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