AZ31镁合金、5083铝合金焊接工艺及接头力学性能研究—吕建刚—终稿 - 图文

第二章 试验材料、方法及设备

伸面棱角加工成圆角，试样表面无横向划痕、切痕，其弯曲试样尺寸如图2.6所示。

图2.6 型弯曲试样尺寸 Fig.2.6 The specimen size of bend test

（3）缺口冲击试验

缺口冲击试验用来衡量材料在有缺口时的变形行为，以说明焊接工艺过程对材料韧性的影响。按GB/T2650—1989《焊接接头冲击试验方法》要求进行焊接接头室温冲击实验。冲击试件开V型缺口，V型缺口冲击试样尺寸见图2.7，厚度为6mm。将粗加工好的试样先在锉刀上把焊缝打磨平，然后用1000号砂纸将试样打磨到试验所需尺寸。设备为JBN－300摆锤式冲击试验机，可记录下冲击吸收功值。缺口的位置根据微型剪切的实验结果来判断。

图2.7 V型缺口冲击试样尺寸

Fig.2.7 The V-notch specimen size of impact test

（4）硬度测试

硬度是反映材料软硬程度的一种力学性能标准。进行硬度试验前需将试样进一步处理，保证待试验表面平整光滑，上下表面平行。根据标准GB/T2654-2008《焊接接头硬度试验方法》和GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验方法第一部分：试验方法》，测试设备为HV-10B维氏硬度计，载荷为3kg，硬度符号位HV3，载荷持续时间为10秒，相邻硬度点间距为1mm，测试方向为从焊缝中心向母材方向。 2.2.5残余应力测试

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按照GB7704-1989《X射线应力测定方法》规定被测部位表面粗糙度应当小于10μm。所以在测量前，要用搅磨机对焊缝表面进行处理，使试件表面粗糙度达到要求，尽可能保证测试区域在同一个水平面上。然后，采用DJP-II 型电解抛光机进行电解抛光，抛光电压小于10V，抛光电流小于5A，大约抛光为10分钟左右。最后，对表面用丙酮进行擦拭处理以得到光亮洁净的表面。测试应力采用iXRD —便携式残余应力测量仪测量，镁合金、铝合金测试参数分别见表2.6和表2.7，测试点沿垂直焊缝方向，测试点间距为2mm，测试范围包括焊缝区、热影响区和母材。

表2.6 镁合金X射线残余应力测试参数（Cr靶）

Table 2.6 The X-ray residual stress test parameters of magnesium alloy(Cr target)

测试方法 辐射靶 衍射晶面 衍射角

侧倾固定Ψ0法

管电压 管电流 定峰方法 滤波片 应力常数 曝光时间

20Kv 4mA Pearson VI

V -92.1MPa/deg

2s

CrK?2

（104） 152° 120°—160°

1mm

2?扫描范围

接收狭缝（圆孔直径）

表2.7 铝合金X射线残余应力测试参数（Cr靶）

Table 2.7 The X-ray residual stress test parameters of aluminum alloy(Cr target)

测试方法 辐射靶 衍射晶面 衍射角

侧倾固定Ψ0法 管电压 管电流 定峰方法 滤波片 应力常数 曝光时间

20Kv 4mA Pearson VI

V -92.1MPa/deg

2s

CrK?

（222） 156.31° 120°—160°

1mm

2?扫描范围

接收狭缝（圆孔直径）

2.2.6 微型剪切试验

由于受焊接过程中焊接热循环的作用，使焊接接头沿焊缝横截面受热不均匀，采用常规力学性能测试方法很难测定焊接接头各区力学性能与变化规律，而焊接接头的力学性能有直接影响到车体结构焊接工艺的制定和车体结构的设计计算[45]。而微型剪切试验（MST）可以很好地弥补这一缺憾。此试验方法特别适合于焊接接头机械性能梯度的测定，绘制的性能梯度曲线能清楚直观的表示整个非焊接接头机械性能的变化规律。

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第二章 试验材料、方法及设备

焊接接头的取样：以焊缝中心为定位基准线，取样部位如图2.8所示。用线切割从焊缝中心沿垂直焊缝方向截取微型剪切试样，截取尺寸为2mm×2mm×60mm，而后用1000号水磨砂纸将试样磨制1.5mm×1.5mm×60mm，再用相应的腐蚀剂做宏观腐蚀，将焊缝中心端面确定为坐标原点，视焊缝中心端面到熔合线的距离合理确定剪切点位置，并使点与点之间的剪切间距大于0.6mm。

图2.8 微型剪切试样取样部位示意图

Fig.2.8 The sampling location schematic diagram of micro shear test

微型剪切试验以剪切强度τb作为强度指标，以剪切截面压入率a作为塑性指标。剪切强度公式[46]如式2.1所示，剪切截面压入率公式[46]见式2.2。

剪切强度?b

Prmax ?b? （MPa） （式2.1）

A0h a??100％ （式2.2）

b式中：P； rmax——试件断裂时的最大外力（N）

A0——试件原始横截面面积（mm2）；

b——试件的高度（mm）。

h——刀刃切入试件的深度（mm）；

2.2.7 疲劳试验

轴向拉伸疲劳试验采用PLG-100微机控制高频疲劳试验机，控制系统软件为LETRY GP4.0，试验前按照标准GB/16825-2002《静力单轴试验机的检验》，在静态载荷下校正此试验机夹持夹具的同轴度，使试样在试验过程中受力均匀。参照GB/T3075-82《金属轴向疲劳试验方法》截取若干试样（试样尺寸见图2.9），采用轴向拉—拉试验，应力比R=0.1，为正弦波，在室内温度为5-20℃，干燥空气，无潮湿腐蚀性气氛的环境下进

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行疲劳试验。循环应力下的最高加载次数为107次，约定在107次循环时仍未启裂的应力为条件疲劳极限。实验时，用升降法测定条件疲劳极限，用成组法测定高应力部分，然后将上述两实验数据整理，拟合成疲劳曲线绘制S-N曲线。参照HBZ-112-1986《材料疲劳试验统计分析方法》和GB/T-24176-2009《金属材料 疲劳试验 数据统计方案与分析方法》对疲劳数据进行处理。

图2.9 疲劳试样尺寸

Fig.2.9 The specimen size of fatigue test

2.2.8 断口形貌观察

利用体式显微镜和JSM-6360LV型扫描电子显微镜对拉伸断口、冲击断口以及疲劳断口宏观和微观形貌进行观察分析，以研究镁合金、铝合金及其焊接接头的拉伸、冲击和疲劳的断裂特征及断裂机制。

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