[发明专利]一种获取铝合金板件搅拌摩擦焊接头疲劳小裂纹萌生及扩展形貌的实验方法

说明书

一种获取铝合金板件搅拌摩擦焊接头疲劳小裂纹萌生及扩展形貌的实验方法，涉及机械结构疲劳领域。疲劳试验前，在显微镜下观察并选择拍摄板件四个面特征显微结构的初始形貌。进行连续疲劳和中断疲劳试验。中断疲劳试验每隔一定的循环间隔卸载并卸件，重点观察划痕、孔洞以及强化颗粒聚集处等特征显微结构区域，一旦这些区域或其他区域在10倍物镜下呈现周围颜色变深变暗时以及在40倍物镜下出现滑移带处，初步确认为小裂纹可能的萌生点。对已产生的小裂纹形貌以及扩展过程进行拍摄。找出扩展速率比其他小裂纹快的裂纹，预测可能的主裂纹。测量裂纹长度，根据割线法计算扩展速率。根据扩展速率，确定铝合金板件疲劳小裂纹阶段的临界尺寸。

技术领域

本发明涉及机械结构疲劳领域，提出了一种获取铝合金板件搅拌摩擦焊接头疲劳小裂纹萌生及扩展形貌的实验方法。

背景技术

根据统计数据得出，对于焊接来说接头是整个结构中最薄弱的环节,焊接结构的主要失效形式是疲劳断裂。其中，小裂纹的萌生及扩展阶段大约占疲劳寿命的70％～80％。而且对于铝合金板件焊接接头来说，疲劳板件的四个面都可能萌生疲劳小裂纹，尤其是侧面和正面。金属板件经过疲劳裂纹萌生和扩展阶段，主裂纹最终导致试件的断裂。由于主裂纹不仅可能在正反面产生，也容易在侧面产生，而侧面裂纹萌生微观特征和扩展形貌变化受疲劳试验机空间及试样尺寸限制用在线手段可靠获取非常困难。因此，有效获取铝合金板件四个面的疲劳小裂纹的萌生和扩展形貌，进一步研究小裂纹的扩展机制对于铝合金搅拌摩擦焊结构件的安全应用具有重要意义。

发明内容

针对上述试验方法中存在的问题，本发明提供一种有效地获取铝合金板件搅拌摩擦焊接头四个面小裂纹萌生和扩展形貌的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种获取铝合金板件搅拌摩擦焊接头疲劳小裂纹萌生及扩展形貌的实验方法，包括以下步骤：

步骤(1)：对采用相同焊接参数进行搅拌摩擦焊焊接并线切割得到的连续疲劳和中断疲劳试验用的铝合金板件进行表面处理，具体步骤如下：

(1.1)先用砂纸对板件的左右侧面进行人工打磨，再在磨抛机上用砂纸对板件的正反面和左右两侧面进行抛光；每更换一道砂纸，打磨方向与上一道砂纸的打磨方向成90°，使前一道的磨痕彻底去除；

(1.2)对板件的正反面采用金刚石抛光膏在磨抛机上抛光，去除细微划痕，直到表面成为无划痕的光滑镜面为止；

(1.3)用Keller试剂对板件进行金相腐蚀，腐蚀时间为10～20s，腐蚀之后用清水冲洗并吹干；

步骤(2)：在疲劳试验前，将板件横向放置在显微镜的载物台上，并在金相显微镜下先选择10倍物镜按序观察铝合金板件的正反表面及左右侧面，对每个区域有划痕、孔洞以及强化颗粒聚集处等易发生裂纹萌生的特征，再选择40倍物镜拍摄其初始显微形貌，并记录区域位置，用于与疲劳试验后板件表面形貌作对比；正反面和左右两侧面观察拍摄均从板件长度方向的一端开始，向另一端折形步进，同时沿板件宽度方向的一端到另一端进行折线式往复观察及选择拍摄；

步骤(3)：取经过步骤(1)和步骤(2)的一个试件A，在疲劳试验机上进行连续疲劳试验，记录板件的疲劳寿命和断裂位置；

步骤(4)：取经过步骤(1)和步骤(2)的另一个试件B，在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，加载参数与步骤(3)连续疲劳试验相同，但每循环一定的次数停机一次，记录和拍摄实验，循环间隔根据步骤(3)连续疲劳试验所得的疲劳寿命确定,确保中断试验结束后获得20～30组实验数据；在夹具和板件上用记号笔标记装夹的位置，每停机一次卸载并卸件，以便于观察表面显微形貌的变化；