[發明專利]基于聲發射檢測的鎂合金攪拌摩擦焊接頭疲勞裂紋擴展特性研究方法

在審

• 申請號: 201710065936.6
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN106872300A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 閆志峰;董鵬;張紅霞;王文先;王小嬌;李程浩
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N29/14
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

本發明基于聲發射檢測的鎂合金攪拌摩擦接頭疲勞裂紋擴展特性研究方法，屬于鎂合金焊接接頭力學性能的技術領域。涉及材料領域，具體來講是一種基于聲發射檢測的攪拌摩擦焊后鎂合金的疲勞裂紋擴展特性的技術方案。

背景技術

鎂合金具有較高的比強度和比剛度，優異的導電性和導熱性，良好的吸振降噪性和電磁屏蔽性，尺寸穩定及延展性好，比重小，易于回收等優點，在部分取代鋁合金或鋼鐵結構方面有很大的發展空間。但作為服役結構件，由于鎂合金熔點低，熱導率和電導率大，熱膨脹系數大，化學性質活潑，易氧化等特點，使鎂合金在傳統的熔化焊焊接工藝中面臨粗晶、氧化、蒸發、熱應力等問題。攪拌摩擦焊是一種在機械力和摩擦熱作用下的新型固相連接技術，焊接時，金屬在攪拌頭的作用下完成塑化連接而不發生熔化，其焊接溫度較低，避免了鎂合金在熔化焊時產生的上述缺陷問題，對于鎂合金的焊接具有獨特的優勢。

聲發射技術是廣泛應用于各種材料變形、斷裂和相變過程的無損檢測技術，然而，較少利用聲發射研究鎂合金的加載過程，對攪拌摩擦焊焊后的裂紋擴展特性研究還未涉及。

發明內容

本發明基于聲發射檢測的鎂合金攪拌摩擦接頭疲勞裂紋擴展特性研究方法，目的在于為了彌補上述現有技術的不足，利用聲發射研究攪拌摩擦焊焊后鎂合金的裂紋擴展特性的可行性，從而提供一種攪拌摩擦焊后鎂合金的疲勞裂紋擴展特性的研究方法。

本發明基于聲發射檢測的鎂合金攪拌摩擦接頭疲勞裂紋擴展特性研究方法，其特征在于該研究方法包括如下步驟：

第一，設置攪拌摩擦焊接參數，在攪拌摩擦焊設備上加工出鎂合金的對接焊縫，攪拌摩擦焊設備型號為FSW-LM-AM16-2D；

第二，根據GB/T6398-2000標準加工出鎂合金攪拌摩擦焊后的緊湊拉伸試樣；

第三，根據標準規定的試驗方法，將緊湊拉伸試樣夾持在疲勞試驗機上，拉伸試驗儀器采用DNS-100型通用測試系統，同時，在待測試樣上安裝聲發射傳感器，記載過程中記錄裂紋擴展長度和每一整數長度下疲勞試驗機的加載循環次數，同時，由DS5-B系列全信息聲發射信號分析儀自動收集實驗過程中的聲發射信號；

第四，將實驗所得的疲勞裂紋擴展數據(da/dN和ΔK)繪制在雙對數坐標(lg(da/dN)－lgΔK)中，將收集到的聲發射數據的撞擊數(dC/dN和ΔK)繪制在雙對數坐標(lg(dC/dN)－lgΔK)中，其中，采用割線法計算da/dN、dC/dN，并根據裂紋長度及載荷等參數計算應力強度因子ΔK，da/dN、dC/dN和ΔK的計算公式分別為

其中，a為裂紋擴展長度mm，da/dN為裂紋擴展速率，C為聲發射信號的撞擊數，N為疲勞試驗機的加載循環次數，ΔP為循環最大載荷與最小載荷之差即力值范圍KN，B為試樣厚度mm，W試樣寬度mm，α＝a/W；

第五，將繪制的點圖進行線性擬合并進行數據比較和誤差分析。

本發明基于聲發射檢測的鎂合金攪拌摩擦接頭疲勞裂紋擴展特性研究方法的有益效果是：基于鎂合金攪拌摩擦焊在疲勞載裂紋擴展過程中釋放能量的固有特征，對疲勞載荷下的試件的聲能特征信息進行提取，使之以聲波圖像的形式直觀的展現出來；利用聲發射分析儀監測裂紋擴展試驗，根據聲波圖形以及回放參數做出的dC/dN-ΔK曲線預測。與現有技術相比，該方法具有試驗過程簡單，試驗結果精確，為攪拌摩擦焊后鎂合金疲勞裂紋擴展特性研究提供了新思路，具有一定的理論意義和現實可行性。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖；

圖2為本發明具體實施方式中疲勞裂紋擴展數據在雙對數坐標(lg(da/dN)－lgΔK)中的擬合圖；

圖3是本發明具體實施方式中疲勞裂紋擴展過程中聲發射數據的撞擊數在雙對數坐標(lg(dC/dN)－lgΔK)中的擬合圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明技術方案作進一步說明。

基于聲發射檢測的鎂合金攪拌摩擦接頭疲勞裂紋擴展特性研究方法，包括有如下步驟：

第一，設置攪拌摩擦焊接參數，在攪拌摩擦焊機上加工出5mm厚的AZ31B鎂合金對接焊縫，攪拌磨檫焊機設備型號為FSW-LM-AM16-2D，板厚5mm，軸肩直徑為20mm，攪拌針長度為4.85mm，攪拌針直徑為5mm，主軸旋轉速度1200r/min，焊接速度300mm/min；