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基于镁合金轻质高强,易于回收等优良特性,被誉为“21世纪最具发展潜能的环保节能型结构材料”,镁合金作为结构材料离不开焊接技术的支持,然而传统的镁合金焊接方法难以获得与母材匹配的焊接接头,其接头的疲劳性能大大下降。而集能量密度高、穿透能力强、焊接速度大、真空状态等优点于一身的真空电子束焊接技术非常适合镁合金这种活性材料的焊接。因此,本课题针对AZ31B镁合金电子束焊接接头,主要研究焊接接头的微观组织及疲劳断裂行为,对推进镁合金材料在高端运载装备领域中进一步应用具有重要的理论意义和实用价值。本文对AZ31B镁合金电子束焊接接头的微观组织、疲劳性能及疲劳裂纹扩展速率进行研究,并分析微观组织对疲劳性能、裂纹扩展速率的影响。AZ31B镁合金电子束焊接接头焊缝区域EDS分析结果表明,焊接过程中Mg、Zn元素烧损,百分含量降低,导致Al、Mn元素百分含量增加；XRD分析结果显示,焊缝区域为单相的a-Mg,无明显的低熔点脆性β-Mg17Al12；显微组织分析结果可知,焊接接头热影响区晶粒较母材有所长大,但范围很窄,而焊缝区从熔合线到焊缝中心的区域分布着树枝晶,并且越靠近焊缝中心树枝晶越细小,焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的显微硬度检测结果表明,焊缝的硬度均值59.5HV0.1,HAZ硬度均值为53.HV0.1,母材硬度均值54.6HV0.1;焊缝截面从上到下显微硬度变化不明显。焊接接头拉伸试验表明,焊接接头的抗拉强度为242MPa略高于母材,焊接接头的屈服强度为142MPa、延伸率为15%都高于母材,接头的强度、塑性和韧性都得到提高。疲劳试验结果表明,在2×106循环次数下,AZ31B镁合金母材的疲劳强度为116MPa,电子束焊接接头的疲劳强度为91MPa；焊接接头的疲劳强度能达到母材的78.4%,表现出优越的疲劳性能。疲劳裂纹的扩展路径表明,AZ31B镁合金电子束焊接接头的疲劳裂纹从宏观上看扩展路径较平滑,但微观上曲曲弯弯,并且出现分岔的现象。电子束焊接接头的疲劳裂纹源位于焊趾部位的凹坑,在试样表面沿焊缝HAZ向前扩展,在试样截面疲劳裂纹从焊缝启裂穿过热影响区向母材方向扩展,裂纹尖端是以滑移为主的方式塑性变形,裂纹以穿晶方式进行扩展。疲劳断口分析结果表明,镁合金母材的疲劳断口呈现出河流状花样形貌,有解理台阶和撕裂棱,断口中还可以看到二次裂纹,表现为准解理脆性断裂；电子束焊接接头疲劳断口呈现出准解理、解理和韧窝三种形貌特征,表现为以脆性为主的韧-脆混合断裂。疲劳裂纹扩展速率试验表明AZ31B镁合金母材、电子束焊接接头焊缝及HAZ的疲劳裂纹扩展分段符合Parise公式。对比分析缺口分别位于母材、焊缝、HAZ的疲劳裂纹扩展速率da/dN-△K曲线。母材、焊缝、HAZ的疲劳裂纹起始扩展应力强度因子(1gΔK)分别为2.12MPa·m1/2、2.52MPa·m1/2、1.78MPa·m1/2;缺口位于HAZ的疲劳裂纹开始扩展ΔK最低,缺口位于焊缝的疲劳裂纹开始扩展ΔK略高于母材；在相同的ΔK作用下,HAZ的裂纹扩展速率最快,焊缝的裂纹扩展速率最慢,母材介于两者之间。AZ31B镁合金电子束焊接接头焊缝的疲劳裂纹扩展断口中有许多撕裂棱、韧窝,解理台阶细小、疲劳条带相对于母材及HAZ的要窄,表现出一定韧性,为以脆性为主的韧-脆混合断裂；AZ31B镁合金母材及HAZ疲劳裂纹扩展断口都呈现河流状花样,为准解理脆性断口。随着裂纹扩展速率增大,三者断口中的解理台阶都变得粗大,疲劳条带之间距离都变宽。