一种腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法

摘要

本发明提供一种腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法，底座和支撑垫，底座的下表面四角均固定安装有支撑垫，底座的上表面一端固定安装有垫板，垫板的顶端固定安装有显示屏，此腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法与现有镁合金焊接接头疲劳性能评定方法相比，声发射技术具有无损、尤其是可穿透腐蚀环境实时在线监测腐蚀疲劳试验过程的独特优点。另一方面，声发射特征信息（声能）可以表征镁合金焊接接头在腐蚀环境下疲劳塑性损伤演变规律，疲劳极限评定结果是实际腐蚀疲劳S‑N曲线拟合结果吻合。可通过声发射分析系统对镁合金焊接接头在液态腐蚀环境下的疲劳性能进行可靠评定，对其在腐蚀环境下的安全可靠应用具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金焊接接头疲劳性能评定技术领域，尤其涉及一种腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法。

背景技术

目前，镁合金焊接接头疲劳性能常见评定方法主要有：（1）IIW推荐的缺口应力法、结构应力法、断裂力学法和名义应力法；（2）有限元数值模拟局部法方法；（3）X射线成像技术；（4）红外热像法。但这些方法都有其局限性，尤其是对在腐蚀环境下服役的构件。传统的各种应力评定法试验周期长、且均属于破坏性分析方法，不适用于复杂构件。数值模拟局部法是利用有限元软件模拟构件实际服役环境承载状态，精确度、准确度往往与实际环境存在差异，缺乏可靠性。X射线成像技术是采用X射线追踪构件疲劳裂纹萌生、扩展过程，成像分析，但这种方法成本高，光源移动范围有限，也不适用于腐蚀环境下服役复杂构件。最后，红外热像法是利用构件服役承载变形过程中，表面温度变化来对疲劳性能进行评定分析，但这种方法不适用于在液态腐蚀环境中服役构件的评定分析。综合分析，以上评定方法均不适用于镁合金焊接接头在液态腐蚀环境下服役构件的疲劳性能评定，严重制约其广泛可靠应用。

因此，有必要提供一种新的腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明是提供一种腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法。

本发明提供的一种腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法，采用一种检测机构配合完成，所述疲劳性能评定方法如下：

（1）、物料准备：工作人员先将腐蚀溶液放置在腐蚀箱机构内，随后，将待检测的待检测的材料（腐蚀疲劳试样几何形貌尺寸260×20×5mm，试样标距部分长40mm）通过检测机构进行夹持；

（2）、材料检测：之后，腐蚀箱机构的位置开始进行上移，将待检测的材料进行浸泡，模拟待检测材料的工作环境，随后，检测设备开始进行工作，检测机构开始对夹持在其夹持端的材料进行疲劳度检测工作；

其中，步骤（2）中的检测设备包括底座和支撑垫，底座的下表面四角均固定安装有支撑垫，底座的上表面一端固定安装有垫板，垫板的顶端固定安装有显示屏，底座的上表面中央固定安装有检测机构，检测机构包括：伺服驱动装置，伺服驱动装置的一侧设有两个安装底板，且两个安装底板分别固定安装在底座的上表面，其中一个安装底板的上表面固定安装有导轨，导轨上滑动连接有滑动座，底座的中央安装有腐蚀箱机构。

优选的，检测机构还包括：

上夹具，上夹具固定安装在安装底板的上表面，上夹具的一端与伺服驱动装置的输出端之间相互连接，另一个所以安装底板的上表面远离伺服驱动装置的一端固定安装有固定座，固定座一侧安装有拉力传感器，拉力传感器远离固定座的一侧与下夹具的一侧固定连接，下夹具与安装底板的上表面之间相互滑动连接，上夹具与下夹具输出端均螺纹连接有螺纹杆，若干螺纹杆的一端均贯穿上夹具与下夹具的侧壁转动连接有夹板，上夹具与下夹具的上表面均固定安装有连接线，两个连接线的一端均固定安装有声发射信号采集探头。

优选的，若干夹板的一侧均开设有防护纹。

优选的，上夹具与下夹具输出端均呈C型设置。

优选的，若干螺纹杆远离夹板的一端均开设有转动槽。

优选的，腐蚀箱机构包括：

安装槽，安装槽开设在底座的上表面中央，底座的上表面安装槽内滑动连接有承载箱，底座的安装槽内底端固定安装有升降气缸，升降气缸的输出端转动连接有连接块，升降气缸的输出端通过连接块与承载箱的底端螺纹连接。

优选的，承载箱的两侧均开设有凸块，承载箱的凸块处均开设有使用槽。

优选的，承载箱靠近上夹具与下夹具的两侧均开设有配合槽。

优选的，承载箱的底端中央开设有与连接块之间相互配合的螺纹凸块。

优选的，连接块的顶端中央开设有与承载箱底端螺纹凸块之间相互配合的螺纹凹槽。

与相关技术相比较，本发明提供的腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法具有如下有益效果：

本发明提供腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法：

与现有镁合金焊接接头疲劳性能评定方法相比，声发射技术具有无损、尤其是可穿透腐蚀环境实时在线监测腐蚀疲劳试验过程的独特优点。另一方面，声发射特征信息（声能）可以表征镁合金焊接接头在腐蚀环境下疲劳塑性损伤演变规律，疲劳极限评定结果是实际腐蚀疲劳S-N曲线拟合结果吻合。可通过声发射分析系统对镁合金焊接接头在液态腐蚀环境下的疲劳性能进行可靠评定，对其在腐蚀环境下的安全可靠应用具有重要意义。

附图说明

图1为镁合金焊接接头在3.5 wt.% NaCl溶液腐蚀环境中疲劳试验声能演变规律曲线；

图2为镁合金焊接接头在3.5 wt.% NaCl溶液腐蚀环境中不同疲劳载荷作用下声能累积曲线；

图3为镁合金焊接接头在腐蚀环境中声发射稳态累积能量与不同疲劳载荷的关系曲线；

图4为镁合金焊接接头在腐蚀环境中疲劳S-N曲线;

图5为本发明提供的检测机构结构示意图；

图6为本发明提供的上夹具和下夹具的结构示意图；

图7为本发明提供的腐蚀箱机构结构示意图之一；

图8为本发明提供的腐蚀箱机构结构示意图之一。

图中标号：1、底座；2、支撑垫；3、垫板；4、显示屏；5、检测机构；6、伺服驱动装置；7、安装底板；8、导轨；9、滑动座；10、腐蚀箱机构；11、上夹具；12、固定座；13、拉力传感器；14、下夹具；15、螺纹杆；16、夹板；17、连接线；18、声发射信号采集探头；19、转动槽；20、安装槽；21、承载箱；22、升降气缸；23、连接块；24、使用槽；25、配合槽；26、螺纹凸块；27、螺纹凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

在具体实施过程中，如图5和图6所示，一种腐蚀环境下镁合金焊接接头疲劳性能评定方法，采用一种检测机构配合完成，所述疲劳性能评定方法如下：

（1）、物料准备：工作人员先将腐蚀溶液放置在腐蚀箱机构10内，随后，将待检测的待检测的材料（腐蚀疲劳试样几何形貌尺寸260×20×5mm，试样标距部分长40mm）通过检测机构5进行夹持；

（2）、材料检测：之后，腐蚀箱机构10的位置开始进行上移，将待检测的材料进行浸泡，模拟待检测材料的工作环境，随后，检测设备开始进行工作，检测机构5开始对夹持在其夹持端的材料进行疲劳度检测工作；

其中，步骤（2）中的检测设备包括底座1和支撑垫2，底座1的下表面四角均固定安装有支撑垫2，底座1的上表面一端固定安装有垫板3，垫板3的顶端固定安装有显示屏4，底座1的上表面中央固定安装有检测机构5，检测机构5包括：伺服驱动装置6，伺服驱动装置6的一侧设有两个安装底板7，且两个安装底板7分别固定安装在底座1的上表面，其中一个安装底板7的上表面固定安装有导轨8，导轨8上滑动连接有滑动座9，底座1的中央安装有腐蚀箱机构10。

需要说明的是：当需要使用本设备对待检测的材料（腐蚀疲劳试样几何形貌尺寸260×20×5mm，试样标距部分长40mm）进行疲劳性评定时，工作人员将待检测的材料放置在检测机构5上，由检测机构5对材料的两端进行夹持，随后，腐蚀箱机构10开始进行上升（腐蚀箱机构10内的溶液采用3.5 wt.% NaCl溶液模拟海水作为腐蚀环境），将待检测的材料没入到腐蚀箱机构10内，此时，检测机构5开始疲劳度性能的评定工作，随后将检测结构通过显示屏4进行显示。

进一步分析、提取处理数据，得到镁合金焊接接头在3.5 wt.% NaCl溶液腐蚀环境下声能随疲劳循环寿命变化的演变规律曲线，如图1所示（σmax为100MPa）。可以看出，随着腐蚀疲劳循环寿命的增加，镁合金焊接接头在腐蚀环境下疲劳声能演变呈现三阶段变化特征：阶段I，刚开始随着疲劳载荷的施加，塑性变形产生，激发一定强度的声发射信号产生；阶段II，紧接着，随着疲劳载荷的持续加载，疲劳塑性损伤稳步积累，这一过程中产生的声发射能量也相对稳定，声能演变规律曲线中出现水平段；阶段III，当疲劳损伤累积到一定极限程度（断裂），这是声能快速累积阶段，激发大量声发射信号

根据图1声能演变规律曲线，进一步重点分析曲线前两个阶段（I、II）声能累积规律。图2所示为镁合金焊接接头在3.5 wt.% NaCl溶液腐蚀环境中不同疲劳载荷作用下声能累积曲线。可以看出，整体上，镁合金焊接接头在腐蚀环境下的声发射累积能量随着疲劳施加载荷的减小而降低。随着疲劳载荷的施加，塑性变形产生，激发声发射信号，声能开始累积，使不用疲劳载荷作用下镁合金焊接接头腐蚀疲劳声能累积曲线均出现一定程度声能上升阶段，这一阶段与图1阶段I吻合。随着材料疲劳塑性变形进入稳态累积阶段，声能也进入稳步累积阶段，曲线出现水平段，这一阶段与图1阶段II吻合。具体分析，当疲劳施加载荷低于一定值（如图2，疲劳载荷降低至30MPa时，红色声能累积曲线保持水平，无上升变化）时，材料塑性变形量很少，则声能累积能量很低（17mv*ms），基本保持不变。

根据图2，可以得到镁合金焊接接头在3.5 wt.% NaCl溶液腐蚀环境中声发射稳态累积能量与不同疲劳载荷的关系曲线，如图3所示。镁合金焊接接头在腐蚀环境中的稳态声能在一定疲劳施加载荷（40-140MPa）范围内，随着载荷的增加而增大（即曲线C’D’段），较高应力水平下，材料塑性变形量较大，声能累积增加。而当疲劳施加载荷低于40MPa时，材料处于微量塑性变形阶段，声能几乎不发生变化（即曲线B’C’段）。拟合交点C’所对应疲劳施加载荷为45.04MPa，与实际试验测得的疲劳极限（对应疲劳寿命107次）41.53MPa（如图4），误差为8.5%，吻合良好。因此，通过声发射信号特征分析系统可对在腐蚀环境下服役的镁合金焊接接头疲劳性能进行评定，对镁合金材料及焊接构件在腐蚀环境和交变载荷作用下的安全可靠服役应用具有重要实际意义。

在具体实施过程中，如图6所示，检测机构5还包括：

上夹具11，上夹具11固定安装在安装底板7的上表面，上夹具11的一端与伺服驱动装置6的输出端之间相互连接，另一个所以安装底板7的上表面远离伺服驱动装置6的一端固定安装有固定座12，固定座12一侧安装有拉力传感器13，拉力传感器13远离固定座12的一侧与下夹具14的一侧固定连接，下夹具14与安装底板7的上表面之间相互滑动连接，上夹具11与下夹具14输出端均螺纹连接有螺纹杆15，若干螺纹杆15的一端均贯穿上夹具11与下夹具14的侧壁转动连接有夹板16，上夹具11与下夹具14的上表面均固定安装有连接线17，两个连接线17的一端均固定安装有声发射信号采集探头18。

需要说明的是：当需要使用检测机构5对待检测的材料进行夹持时，伺服驱动装置6将上夹具11的位置进行移动，随后，通过上夹具11和下夹具14之间相互配合对待检测的材料进行夹持，然后，将两个声发射信号采集探头18分别贴附在待检测的材料上，之后，伺服驱动装置6开始对上夹具11的位置进行调整，开始对待检测的材料进行疲劳度的评定，。

在具体实施过程中，如图6所示，若干夹板16的一侧均开设有防护纹，便于增加对待检测的待料进行夹持。

在具体实施过程中，如图6所示，上夹具11与下夹具14输出端均呈C型设置，便于留出空间对待检测的材料进行夹持。

在具体实施过程中，如图6所示，若干螺纹杆15远离夹板16的一端均开设有转动槽19，便于对夹板16的位置进行调整。

在具体实施过程中，如图7和图8所示，腐蚀箱机构10包括：

安装槽20，安装槽20开设在底座1的上表面中央，底座1的上表面安装槽20内滑动连接有承载箱21，底座1的安装槽20内底端固定安装有升降气缸22，升降气缸22的输出端转动连接有连接块23，升降气缸22的输出端通过连接块23与承载箱21的底端螺纹连接。

需要说明的是：在检测机构5对待检测的材料完成夹持后，此时，升降气缸22开始进行工作，进行上升，带动承载箱21进行上升，将待检测的材料浸泡在承载箱21内，从而模拟待检测的材料所处的工作环境。

在具体实施过程中，如图7和图8所示，承载箱21的两侧均开设有凸块，承载箱21的凸块处均开设有使用槽24，便于实现对承载箱21进行端起移动。

在具体实施过程中，如图7和图8所示，承载箱21靠近上夹具11与下夹具14的两侧均开设有配合槽25，便于实现待检测的材料进行放置。

在具体实施过程中，如图7和图8所示，承载箱21的底端中央开设有与连接块23之间相互配合的螺纹凸块26，便于实现承载箱21和连接块23之间进行拆分。

在具体实施过程中，如图7和图8所示，连接块23的顶端中央开设有与承载箱21底端螺纹凸块26之间相互配合的螺纹凹槽27，便于实现承载箱21和连接块23之间的连接。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。