AZ31镁合金、5083铝合金焊接工艺及接头力学性能研究—硕士论文（最终版） ㊣ 精品文档 值得下载

以成为疲劳变形主要的变形机制，同时通过改变晶粒取向为位错的进步滑移提供条件。

滑移带开始只在有利的单个滑移系中形成，在定的应力水平下，孪生成为主要的变形机制。

孪生主导试样断口较为粗糙，而位错主导试样断口较为光滑，并出现了含有大量孪晶的小平面孪生主导试样具有较高的疲劳寿命。

但是孪晶又可能诱发细小裂纹在晶界处萌生，导致疲劳寿命下降。

由于在多晶材料中，各晶粒的取向不同，因而在各晶粒内产生滑移的难易程度亦不同。

这种微观变形的不均匀性，对镁合金材料的疲劳断裂过程有定的影响。

由图可以看到有大量的撕裂棱和准解理断裂面，这是在独立的裂纹萌生穿孔和撕裂。

由图可以看到大量的呈扇形扩展的贝纹线。

由图可以看到在贝纹线之间有大量垂直于扩展方向的疲劳条带，但是不太第五章焊接周期成本评价明显，属于脆性疲劳条带还可以看到二次裂纹的存在，裂纹沿着板材的轧制方向。

由图瞬断区可以看到大量的撕裂棱。

图母材疲劳断口扫描图疲劳源裂纹扩展区疲劳条带瞬断区，大连交通大学工学硕士学位论文图焊接接头疲劳断口扫描图疲劳源孪晶带准解理裂纹扩展区疲劳条带瞬断区，铝合金焊接接头疲劳行为研究疲劳实验数据与曲线疲劳实验数据见表。

根据疲劳数据绘制疲劳曲线，如图所示铝合第五章焊接周期成本评价金焊接接头与母材曲线，对比两条曲线可以发现接头与母材在条件疲劳强度大致相当，约为。

焊接接头的曲线与母材几乎重合。

疲劳断裂在热影响区处如图所示，与拉伸断裂位置大不相同。

断裂可能原因是此处残余拉应力较高如图所示，并且经过焊接热循环，原始加工硬化的轧制组织发生回复再结晶，接头软化。

表焊接接头与母材疲劳寿命应力循环周次应力循环周次焊接接头母材图焊接接头与母材曲线大连交通大学工学硕士学位论文图焊接接头疲劳断裂位置疲劳断口与断裂机制图为焊接接头疲劳断口扫描图。

第五章焊接周期成本评价图焊接接头疲劳断口扫描图疲劳源滑移带疲劳条带准解理断口裂纹扩展区瞬断区，图焊接接头疲劳源如图所示裂纹源源于表面或近表面的第二相粒子，第二相粒子为相如图所示。

当第二相位于试样表面时，其产生的应力集中程度要高于其位于材料内部。

裂纹源起源于近表面的第二相粒子，由于第二相粒子对位错滑移有较强的阻碍能力，塞积在第二相粒子附近的位错数量越多，产生的应力集中就越强，而且此处残余拉应力较高，共同导致裂纹源产生。

如图所示断裂在母材位置的疲劳试样，疲劳源源于缺陷。

如图所示为河流状花样。

如图所示为大量垂直于扩展方向的疲劳条带，疲劳条带比较清晰，属于韧性疲劳条带，是典型的以滑移变形疲劳机大连交通大学工学硕士学位论文制而且还存在大量的二次裂纹。

如图所示瞬断区，有大量的撕裂棱和环状撕裂棱，环状中心为光滑的较浅的孔坑，在孔坑底部可以看到被剪切的第二相。

本章小结铝合金与镁合金轧制板较佳工艺条件疲劳强度与其母材强度相当，分别约为和。

镁合金对加载应力更敏感，随着应力水平的增加，疲劳寿命迅速降低。

在断口中也发现镁合金疲劳裂纹扩展的条带较铝合金宽，并且镁合金为脆性疲劳条带，铝合金为韧性疲劳条带。

对疲劳断口的分析发现近表面的第二相粒子容易成为疲劳源，高应力水平状态下会出现多个疲劳源。

镁合金焊接接头，在较低应力水平下以孪生变形机制为主。

第六章焊接周期成本评价第六章接头安全可靠性评价与焊接周期成本评价引言全生命周期不仅对产品全生命周期所涉及的环境问题进行评价，更重要的价值在于运用生命周期思想为可持续发展决策提供依据，促使产品行业甚至整个产业链的行为更符合可持续发展的原则。

全寿命周期成本是指产品从开始设想，经过论证设计生产使用回收利用，直到最后报废的整个生命周期内所耗费的各种费用的总和，。

从以上的定义可以看出，并没有考虑对环境影响的环境成本。

焊接技术是种加工成型技术，只考虑焊接成型这过程产生的能耗与环境污染以及对焊工的影响的成本。

作为世纪的绿色结构材料和我国优势资源金属，镁合金是潜在最有价值的轨道交通运输装备应用材料，其生产成本以及焊接接头的可靠性是限制镁合金在轨道交通上的应用的重要因素之。

本章将镁合金焊接接头与铝合金焊接接头进行对比分析，预测镁合金列车生产的可行性可靠性以及对环境的影响。

焊接周期成本计量模型的建立在全生命周期内，产品发生的费用较多，而且比较复杂，些费用难以统计或评估。

根据不同的研究目的，确定全生命周期成本分析的研究范围也不样。

焊接周期包括从焊前处理焊接工艺到最终成型的整个过程。

对于我国轨道交通的焊接技术，现在焊接方法主要采用的是和，其中与的焊接工艺相似，因此，只采用和两种焊接方法进行焊接工艺成本分析。

因此，本文仅进行主要因素的计算，主要围绕以下三个方面研究焊接工艺成本评价焊接接头可靠性评价环境成本评价。

焊接技术全生命周期计量模型如图所示，焊接接头可靠性评价模型见图。

为了科学准确的评价，使之具有通用性和可比性，定义了工程性价比，其物理意义是焊接接头可靠性评价与焊接工艺成本评价的比值。

因此，建立了焊接工艺成本评价的归化函数和焊接接头可靠性评价的加权归化函数为可积函数。

焊接技术对人和环境影响的环境成本评价，引入归化函数。

为了更科学准确的评价焊接技术的全寿命周期成本，定义了焊接技术全寿命周期成本评价系数Г，Г与相比考虑了环境成本的影响，系数Г越高，则此焊接方法和焊接工艺的实用价值就越高。

大连交通大学工学硕士学位论文图焊接周期成本计量模型是由其工艺成本因子决定的主要由其拉伸性能冲击性能弯曲性能刚度与弹性模量弹性比功和疲劳性能等个性能因子决定的是由能耗因子粉尘因子电磁因子弧光因子保护气因子等因子决定的。

其中任因子为集合，，的元素，又由个子因子组成，个构成集合，。

为科学评价，使之具有通用性和可比性，则对其进行归化处理，处理结果构成新的集合，。

焊接接头可靠性因子对影响程度有大有小，为了科学准确评价其可靠性，则对其个因子进行加权处理，加权值为，为集合，的元素加权系数为，为集合的元素，其中。

处理结果为其加权归化函数。

由上述可得焊前准备热处理打磨清洗等人工成本氩弧焊对环境影响耗材保护气粉尘弧光热能噪声等耗电耗电搅拌针消耗热能噪声等设备成本能耗折旧焊接工艺成本焊接技术评价接头可靠性第六章焊接周期成本评价式，式，式，式综上所述，焊接周期成本评价系数为式图焊接接头可靠性评价模型焊接技术成本的计算焊接技术的成本主要由焊接工艺成本设备成本和人工成本构成。

焊接成型的焊前处理对焊接成型成本的影响主要是热处理的影响，有些合金是不需要焊前热处理的，有接头可靠性评价拉伸性能刚度与弹性模量弯曲性能弹性比功基础评价焊接工艺成本冲击性能疲劳性能大连交通大学工学硕士学位论文些是必不可少的环节，而焊前打磨与清洗是必不可少的环节，而且在工业生产是相同的操作程序。

因此，可以把焊前处理成本简化为焊前热处理的成本，根据耗电量，再确定其对环境的影响。

氩弧焊工艺成本计算根据氩弧焊需要填充金属材料氩气的保护等技术特点，氩弧焊焊接技术工艺成本主要由电耗成本电耗耗材成本耗材保护气成本保护气和焊前热处理成本前处理构成，其成本计算公式如下前处理保护气耗材电耗式前处理式电耗式保护气式送耗材式式中，为工艺成本，元为热处理炉的功率为热处理的加热时间为工业电价，元为工业氩气单价，元为焊丝的价格，元为焊接过程时间为焊接总长度为焊接速度送为送丝速度为气体流量为焊接平均电流为焊接平均电压为单位时间消耗焊材的质量，。

工艺成本计算根据无填丝无保护气等技术特点，焊接技术工艺成本主要由电耗成本电耗搅拌针消耗成本搅拌头和焊前热处理成本前处理构成，其成本计算公式如下前处理搅拌头电耗式前处理式电耗式寿命搅拌头式式中，为工艺成本，元为热处理炉的功率为热处理的加热时间为工业电价，元为搅拌针的单价成本，元把为焊接总长度为焊接速度寿命为搅拌针的使用寿命，。

设备成本计算第六章焊接周期成本评价设备成本主要包括设备的采购成本设备的能耗和设备的折旧构成。

设备的能耗即为焊接工艺的电耗根据有关行业固定资产折旧年限参考表，焊接设备的折旧年限是年，净残值率为，年折旧率为。

因此设备的损耗成本为成本式式中，为设备成本，万元为设备的采购价格，万元为设备的使用时间年。

当前，我国南北车集团铝合金车体用氩弧焊焊接设备如表所示，焊接设备如表所示。

根据有色金属的焊接特点，可以把镁合金的焊接设备看作与铝合金的焊接设备等同。

表铝合金车体用氩弧焊焊接设备焊设备名称型号铝合金车体总组成焊接机器人铝合金侧墙车顶底架焊接机器人铝合金车体大部件数控焊接设备牵枕缓焊接机器人表铝合金车体用焊接设备设备板厚接头形式材料产品对接牵引梁对搭接枕梁对搭接枕梁对搭接侧墙板对接空调板对搭接受电弓板对搭接长地板注为板材，为型材为静龙门机为动龙门机。

人工成本计算焊接材料的焊前处理需要名员工，技术人员则可以人管理条生产线焊接操作人员需要人，焊接管理人员可以人管理条生产线。

则其人工成本如下式所示大连交通大学工学硕士学位论文式式中，为不同工种工人的工资，元月为工人的人数为工作时间，即为焊接过程时间，天为人工成本，元。

综上所述，焊接技术成本的总成本为式焊接技术环境成本的计算焊接过程主要的能耗是电能，在我国工业发达地区的电能主要是靠煤炭火力发电提供，因此转化为火力发电对环境影响的环境成本分析。

焊接过程中，产生大量的烟雾粉尘弧光电磁等，不仅对环境有定影响，也对焊工的健康有很大危害，