[發明專利]一種獲取鋁合金板件攪拌摩擦焊接頭疲勞小裂紋萌生及擴展形貌的實驗方法

有效

• 申請號: 201810071917.9
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108375515B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 孫國芹;王崇文;魏心海
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N21/88;G01N1/28;G01N1/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種獲取鋁合金板件攪拌摩擦焊接頭疲勞小裂紋萌生及擴展形貌的實驗方法，涉及機械結構疲勞領域。疲勞試驗前，在顯微鏡下觀察并選擇拍攝板件四個面特征顯微結構的初始形貌。進行連續疲勞和中斷疲勞試驗。中斷疲勞試驗每隔一定的循環間隔卸載并卸件，重點觀察劃痕、孔洞以及強化顆粒聚集處等特征顯微結構區域，一旦這些區域或其他區域在10倍物鏡下呈現周圍顏色變深變暗時以及在40倍物鏡下出現滑移帶處，初步確認為小裂紋可能的萌生點。對已產生的小裂紋形貌以及擴展過程進行拍攝。找出擴展速率比其他小裂紋快的裂紋，預測可能的主裂紋。測量裂紋長度，根據割線法計算擴展速率。根據擴展速率，確定鋁合金板件疲勞小裂紋階段的臨界尺寸。

技術領域

本發明涉及機械結構疲勞領域，提出了一種獲取鋁合金板件攪拌摩擦焊接頭疲勞小裂紋萌生及擴展形貌的實驗方法。

背景技術

根據統計數據得出，對于焊接來說接頭是整個結構中最薄弱的環節,焊接結構的主要失效形式是疲勞斷裂。其中，小裂紋的萌生及擴展階段大約占疲勞壽命的70％～80％。而且對于鋁合金板件焊接接頭來說，疲勞板件的四個面都可能萌生疲勞小裂紋，尤其是側面和正面。金屬板件經過疲勞裂紋萌生和擴展階段，主裂紋最終導致試件的斷裂。由于主裂紋不僅可能在正反面產生，也容易在側面產生，而側面裂紋萌生微觀特征和擴展形貌變化受疲勞試驗機空間及試樣尺寸限制用在線手段可靠獲取非常困難。因此，有效獲取鋁合金板件四個面的疲勞小裂紋的萌生和擴展形貌，進一步研究小裂紋的擴展機制對于鋁合金攪拌摩擦焊結構件的安全應用具有重要意義。

發明內容

針對上述試驗方法中存在的問題，本發明提供一種有效地獲取鋁合金板件攪拌摩擦焊接頭四個面小裂紋萌生和擴展形貌的方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種獲取鋁合金板件攪拌摩擦焊接頭疲勞小裂紋萌生及擴展形貌的實驗方法，包括以下步驟：

步驟(1)：對采用相同焊接參數進行攪拌摩擦焊焊接并線切割得到的連續疲勞和中斷疲勞試驗用的鋁合金板件進行表面處理，具體步驟如下：

(1.1)先用砂紙對板件的左右側面進行人工打磨，再在磨拋機上用砂紙對板件的正反面和左右兩側面進行拋光；每更換一道砂紙，打磨方向與上一道砂紙的打磨方向成90°，使前一道的磨痕徹底去除；

(1.2)對板件的正反面采用金剛石拋光膏在磨拋機上拋光，去除細微劃痕，直到表面成為無劃痕的光滑鏡面為止；

(1.3)用Keller試劑對板件進行金相腐蝕，腐蝕時間為10～20s，腐蝕之后用清水沖洗并吹干；

步驟(2)：在疲勞試驗前，將板件橫向放置在顯微鏡的載物臺上，并在金相顯微鏡下先選擇10倍物鏡按序觀察鋁合金板件的正反表面及左右側面，對每個區域有劃痕、孔洞以及強化顆粒聚集處等易發生裂紋萌生的特征，再選擇40倍物鏡拍攝其初始顯微形貌，并記錄區域位置，用于與疲勞試驗后板件表面形貌作對比；正反面和左右兩側面觀察拍攝均從板件長度方向的一端開始，向另一端折形步進，同時沿板件寬度方向的一端到另一端進行折線式往復觀察及選擇拍攝；

步驟(3)：取經過步驟(1)和步驟(2)的一個試件A，在疲勞試驗機上進行連續疲勞試驗，記錄板件的疲勞壽命和斷裂位置；

步驟(4)：取經過步驟(1)和步驟(2)的另一個試件B，在疲勞試驗機上進行中斷疲勞試驗，加載參數與步驟(3)連續疲勞試驗相同，但每循環一定的次數停機一次，記錄和拍攝實驗，循環間隔根據步驟(3)連續疲勞試驗所得的疲勞壽命確定,確保中斷試驗結束后獲得20～30組實驗數據；在夾具和板件上用記號筆標記裝夾的位置，每停機一次卸載并卸件，以便于觀察表面顯微形貌的變化；