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[摘 要]超声冲击处理可以减小焊接处的应力集中，改善焊接残余应力，细化晶粒，提高焊接接头的疲劳性能等。采用超声冲击方法提高焊接接头的疲劳性能具有重要的研究意义。此外，分析了目前镁合金及镁合金焊接接头疲劳性能研究现状，指出了目前镁合金焊接接头疲劳性能研究存在的问题，最后分析了提高镁合金焊接接头疲劳性能。
[关键词]镁合金 超声冲击 焊接接头 疲劳性能
中图分类号：X147 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0142-01
超声冲击技术在改善焊接接头疲劳性能方面具有很大的优越性，进而防止因焊接结构发生意外疲劳破坏事故造成经济损失。超声冲击改善焊接接头焊趾区过渡区的几何形状，降低接头的应力集中程度；改善表面组织形态，细化晶粒；消除焊接残余应力；提高接头的疲劳强度，延长疲劳寿命。但是，由于镁合金具有性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数大等特点，与铝合金相比，镁合金在焊接时更易形成疏松、热脆性较大的氧化膜及夹渣，其焊接性较差，镁合金焊接结构的疲劳强度较低，成为制约镁合金大规模应用的技术关键和难点。
1、超声冲击的作用
1.1 超声冲击可以改善组织形态及细化晶粒
超声冲击产生的高频冲击能量使位错运动、湮灭、重排形成小角度晶界而成为微细亚晶粒或纳米晶粒，使被冲击金属表层产生严重塑性变形，焊接接头的耐疲劳性能与晶粒细化有着重要联系。
1.2 超声冲击能够消除焊接残余应力及调整残余应力场
超声冲击是一种有效降低残余应力水平的方法。陈立功等指出，超声冲击对一定深度的表层有消除应力的效果，采用对焊道全覆盖冲击时，被冲击的表面会形成较大数值的压应力。对焊趾超声冲击，可以快速修复焊趾的缺陷，降低应力集中，产生压应力区的作用可以在一定程度上降低焊趾边未受冲击焊缝的残余应力，对提高接头的疲劳寿命有明显作用。
2、镁合金焊接接头疲劳性能的研究现状
2.1 镁合金焊接接头裂纹萌生和扩展机理研究
目前镁合金焊接接头疲劳机制研究大都在常温下进行，应进一步研究镁合金焊接接头在真空、腐蚀、高温和低温环境下的疲劳机理，包括显微组织、残余应力、应力集中、频率效应和尺寸效应对疲劳裂纹萌生和扩展的影响。
2.2 镁合金焊接接头延寿技术的研究
各种强化方法下，不同工艺参数对疲劳失效行为的影响以及工艺参数的最优化尚需进一步探讨，特别是焊接接头超声冲击表面自纳米化和超声冲击对焊接接头疲劳失效行為影响的研究才刚起步，不同超声冲击参数下镁合金焊接接头焊趾区域自纳米化程度、残余应力的分布和几何不连续性值得进一步探讨，从而指导各种延寿技术在生产实践中的应用。虽然一些表面强化和内部组织强化手段可提高镁合金焊接接头疲劳寿命，但是出现更有效的焊接接头延寿技术已经成为急切需求和必然趋势。
3、存在的不足之处
3.1 镁合金焊接疲劳性能研究的不深入、不系统
镁合金疲劳性能与其微观组织结构之间的相互关系研究的不深入、不系统。目前，对传统的体心立方金属（铁）和面心立方金属（铝）的疲劳性能研究已相当深入，但有关密排六方金属镁及其合金的疲劳性能方面的研究还相当缺乏。因此，应针对镁合金疲劳变形的微观机制、疲劳变形诱发微观结构的演化以及与镁合金疲劳行为之间的关系，位错、孪晶在镁合金疲劳变形及断裂过程中的作用等方面开展系统的研究工作。
3.2 镁及其合金疲劳性能不够清楚
超声冲击法在材料表层获得纳米晶的具体细化机理尚不完整，另外超声冲击导致的残余压应力、晶粒细化及应力集中现象对提高焊接接头疲劳强度的贡献大小尚不清楚。因为焊接接头疲劳性能的测试相对比较麻烦，因而在未来的研究中要求提高疲劳试验数据的精确度或准确性，疲劳数据系统化，建立镁及其合金疲劳性能数据库。
3.3 缺乏对镁合金焊接接头的疲劳性能与疲劳寿命的研究
各种表面强化技术提高镁合金焊接接头的疲劳性能与疲劳寿命的机理研究很少，特别是镁合金焊接接头超声冲击表面纳米化机理、超声冲击对焊接接头疲劳失效机理的影响的研究才刚刚起步。镁合金焊接接头是决定镁合金焊接结构疲劳性能的关键部位，其疲劳机理及延寿技术的研究对扩大镁合金在工程领域中的应用范围具有重要作用。
4、提高镁合金焊接接头疲劳性能的措施
焊接结构的疲劳强度在很大程度上取决于构件的应力集中情况，不合理的接头形式和焊接过程中产生的各种缺陷是产生应力集中的主要原因。超声冲击方法不仅可以有效地降低焊接接头的应力集中系数，降低接头的残余拉伸应力，甚至在焊接接头表面造成残余压应力，还可以细化焊缝及其附近区域的显微组织，甚至达到表面纳米化组织，对提高焊接接头的疲劳性能和疲劳寿命具有很大的作用。
用超声冲击方法可以在金属材料表面形成纳米晶粒，获得的纳米晶组织能够不同程度地提高材料的强度。但目前金属材料表面自身纳米化的研究还很不成熟，特别是镁合金焊接接头表面纳米化机理及纳米化对镁合金焊接接头疲劳性能及失效机理影响的研究才刚刚起步。因此，通过改变超声激励电流、冲击振幅完全可以在镁合金表面获得纳米晶组织，从而提高焊接接头的疲劳性能。
结束语
在镁合金焊接结构中，有诸多的因素会影响焊接接头的疲劳性能，其中焊接接头的应力集中、残余应力和接头的组织、焊接缺陷等是主要因素。镁合金焊接接头疲劳性能的研究仍处于初级阶段。经超声冲击后的焊接接头，其应力集中系数和残余拉伸应力显著降低，甚至在焊接接头表面可造成残余压应力，同时使焊缝区域的表面显微组织纳米化，大大提高了焊接接头的疲劳性能和疲劳寿命。超声冲击对焊接结构超高周疲劳性能与疲劳失效机理的影响，超声冲击导致的残余压应力，晶粒细化及应力集中对提高焊接接头疲劳强度的贡献大小，建立超声冲击技术实际应用标准等都将是今后研究的重点方向。
参考文献
[1] 何柏林.超声冲击对镁合金焊接接头疲劳性能的研究现状[J].华东交通大学学报，2011，28（03）：73-77.
[1] 邓海鹏，何柏林. 镁合金焊接接头疲劳性能研究进展[J].兵器材料科学与工程，2016，39（04）：125-129.
[2] 何柏林，宋燕.超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2013，36（05）：125-128.
[关键词]镁合金 超声冲击 焊接接头 疲劳性能
中图分类号：X147 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0142-01
超声冲击技术在改善焊接接头疲劳性能方面具有很大的优越性，进而防止因焊接结构发生意外疲劳破坏事故造成经济损失。超声冲击改善焊接接头焊趾区过渡区的几何形状，降低接头的应力集中程度；改善表面组织形态，细化晶粒；消除焊接残余应力；提高接头的疲劳强度，延长疲劳寿命。但是，由于镁合金具有性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数大等特点，与铝合金相比，镁合金在焊接时更易形成疏松、热脆性较大的氧化膜及夹渣，其焊接性较差，镁合金焊接结构的疲劳强度较低，成为制约镁合金大规模应用的技术关键和难点。
1、超声冲击的作用
1.1 超声冲击可以改善组织形态及细化晶粒
超声冲击产生的高频冲击能量使位错运动、湮灭、重排形成小角度晶界而成为微细亚晶粒或纳米晶粒，使被冲击金属表层产生严重塑性变形，焊接接头的耐疲劳性能与晶粒细化有着重要联系。
1.2 超声冲击能够消除焊接残余应力及调整残余应力场
超声冲击是一种有效降低残余应力水平的方法。陈立功等指出，超声冲击对一定深度的表层有消除应力的效果，采用对焊道全覆盖冲击时，被冲击的表面会形成较大数值的压应力。对焊趾超声冲击，可以快速修复焊趾的缺陷，降低应力集中，产生压应力区的作用可以在一定程度上降低焊趾边未受冲击焊缝的残余应力，对提高接头的疲劳寿命有明显作用。
2、镁合金焊接接头疲劳性能的研究现状
2.1 镁合金焊接接头裂纹萌生和扩展机理研究
目前镁合金焊接接头疲劳机制研究大都在常温下进行，应进一步研究镁合金焊接接头在真空、腐蚀、高温和低温环境下的疲劳机理，包括显微组织、残余应力、应力集中、频率效应和尺寸效应对疲劳裂纹萌生和扩展的影响。
2.2 镁合金焊接接头延寿技术的研究
各种强化方法下，不同工艺参数对疲劳失效行为的影响以及工艺参数的最优化尚需进一步探讨，特别是焊接接头超声冲击表面自纳米化和超声冲击对焊接接头疲劳失效行為影响的研究才刚起步，不同超声冲击参数下镁合金焊接接头焊趾区域自纳米化程度、残余应力的分布和几何不连续性值得进一步探讨，从而指导各种延寿技术在生产实践中的应用。虽然一些表面强化和内部组织强化手段可提高镁合金焊接接头疲劳寿命，但是出现更有效的焊接接头延寿技术已经成为急切需求和必然趋势。
3、存在的不足之处
3.1 镁合金焊接疲劳性能研究的不深入、不系统
镁合金疲劳性能与其微观组织结构之间的相互关系研究的不深入、不系统。目前，对传统的体心立方金属（铁）和面心立方金属（铝）的疲劳性能研究已相当深入，但有关密排六方金属镁及其合金的疲劳性能方面的研究还相当缺乏。因此，应针对镁合金疲劳变形的微观机制、疲劳变形诱发微观结构的演化以及与镁合金疲劳行为之间的关系，位错、孪晶在镁合金疲劳变形及断裂过程中的作用等方面开展系统的研究工作。
3.2 镁及其合金疲劳性能不够清楚
超声冲击法在材料表层获得纳米晶的具体细化机理尚不完整，另外超声冲击导致的残余压应力、晶粒细化及应力集中现象对提高焊接接头疲劳强度的贡献大小尚不清楚。因为焊接接头疲劳性能的测试相对比较麻烦，因而在未来的研究中要求提高疲劳试验数据的精确度或准确性，疲劳数据系统化，建立镁及其合金疲劳性能数据库。
3.3 缺乏对镁合金焊接接头的疲劳性能与疲劳寿命的研究
各种表面强化技术提高镁合金焊接接头的疲劳性能与疲劳寿命的机理研究很少，特别是镁合金焊接接头超声冲击表面纳米化机理、超声冲击对焊接接头疲劳失效机理的影响的研究才刚刚起步。镁合金焊接接头是决定镁合金焊接结构疲劳性能的关键部位，其疲劳机理及延寿技术的研究对扩大镁合金在工程领域中的应用范围具有重要作用。
4、提高镁合金焊接接头疲劳性能的措施
焊接结构的疲劳强度在很大程度上取决于构件的应力集中情况，不合理的接头形式和焊接过程中产生的各种缺陷是产生应力集中的主要原因。超声冲击方法不仅可以有效地降低焊接接头的应力集中系数，降低接头的残余拉伸应力，甚至在焊接接头表面造成残余压应力，还可以细化焊缝及其附近区域的显微组织，甚至达到表面纳米化组织，对提高焊接接头的疲劳性能和疲劳寿命具有很大的作用。
用超声冲击方法可以在金属材料表面形成纳米晶粒，获得的纳米晶组织能够不同程度地提高材料的强度。但目前金属材料表面自身纳米化的研究还很不成熟，特别是镁合金焊接接头表面纳米化机理及纳米化对镁合金焊接接头疲劳性能及失效机理影响的研究才刚刚起步。因此，通过改变超声激励电流、冲击振幅完全可以在镁合金表面获得纳米晶组织，从而提高焊接接头的疲劳性能。
结束语
在镁合金焊接结构中，有诸多的因素会影响焊接接头的疲劳性能，其中焊接接头的应力集中、残余应力和接头的组织、焊接缺陷等是主要因素。镁合金焊接接头疲劳性能的研究仍处于初级阶段。经超声冲击后的焊接接头，其应力集中系数和残余拉伸应力显著降低，甚至在焊接接头表面可造成残余压应力，同时使焊缝区域的表面显微组织纳米化，大大提高了焊接接头的疲劳性能和疲劳寿命。超声冲击对焊接结构超高周疲劳性能与疲劳失效机理的影响，超声冲击导致的残余压应力，晶粒细化及应力集中对提高焊接接头疲劳强度的贡献大小，建立超声冲击技术实际应用标准等都将是今后研究的重点方向。
参考文献
[1] 何柏林.超声冲击对镁合金焊接接头疲劳性能的研究现状[J].华东交通大学学报，2011，28（03）：73-77.
[1] 邓海鹏，何柏林. 镁合金焊接接头疲劳性能研究进展[J].兵器材料科学与工程，2016，39（04）：125-129.
[2] 何柏林，宋燕.超声冲击改善焊接接头疲劳性能的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2013，36（05）：125-128.