1、學校代碼： 10128學 號： 2010* 專科畢業論文 題 目：超聲沖擊對7A52鋁合金焊接接頭疲勞性能的影響學生姓名：*學 院：*系 別：*專 業：焊接技術自動化班 級：*指導教師：* 教授二 一 三 年 六 月摘 要在航空航天、兵器及船舶等許多工業領域中，零部件受交變載荷的作用，在服役期內，其構件常常發生疲勞破壞，而結構發生疲勞破壞的主要部位往往是焊接接頭。本文研究了超聲沖擊技術對7A52鋁合金焊接接頭疲勞性能的影響。綜述了7A52鋁合金的性能和焊接方法、超聲沖擊的原理及裝置組成，介紹了7A52鋁合金的焊接方法及過程、超聲沖擊的方法及過程。最終就超聲沖擊技術對焊接接頭的疲勞性能作出了進一

2、步的研究與分析。分析結果表明超聲沖擊方法對焊接接頭疲勞強度的改善效果十分明顯, 表層組織更加均勻，晶粒明顯細化。能夠極大的提高材料的疲勞壽命,極具實用價值。同時發現, 在焊趾表層處形成局部殘余壓縮應力，使焊接接頭的疲勞壽命得以延長，疲勞強度得以增強。關鍵詞：7A52鋁合金；焊接接頭；超聲沖擊技術；疲勞性能目 錄第一章 緒論11.1 研究背景及意義11.2 Al-Zn-Mg系鋁合金的概述11.2.1 7A52鋁合金的發展21.2.2 7A52鋁合金焊接研究現狀21.3 超聲沖擊技術的發展及研究現狀31.4 超聲沖擊對焊接接頭疲勞性能的影響41.5 本文研究內容5第二章 試驗材料及過程62.1 試

3、樣材料62.2 試驗裝置62.2.1 焊接試驗裝置62.2.2 超聲沖擊裝置72.3疲勞試驗裝置82.3 試驗工藝82.3.1 焊前準備82.3.2 焊接方法及參數92.3.3 焊后處理102.4 超聲沖擊技術工藝及參數102.5 金相試樣的制備112.6 疲勞性能測試12第三章 試驗結果及分析143.1 超聲沖擊前、后焊縫宏觀變化結果143.2 沖擊前、后焊縫顯微組織觀察與對比分析143.3沖擊前、后焊接接頭疲勞性能的分析15第四章 結 論18參考文獻19謝 辭21第一章 緒論1.1 研究背景及意義7A52鋁合金屬于Al-Zn-Mg系高強可焊鋁合金,在其連接技術中應用最多的是熔焊技術,其中以

4、TIG焊(鎢極惰性氣體保護電弧焊)和MIG焊(熔化極惰性氣體保護電弧焊)應用最廣。由于其具有優良的綜合性能，已經被廣泛應用與航空航天、兵器領域中，作為坦克的裝甲、炮架和各種裝備中。我國在20世紀80年代初到現在，對7A52鋁合金板材上已經應用成熟，然而在焊接接頭上，出現諸多問題。是由于鋁合金吸氫能力很強，因此在焊接完成后接頭處容易出現氣孔，并且由于線膨脹系數大，在接頭處容易產生殘余的拉應力，而且焊接接頭變形和裂紋的傾向較大，從而會降低7A52鋁合金焊接接頭疲勞性能。為了進一步提高7A52鋁合金雙絲MIG焊后的綜合性能，完善其不足之處，從而采用超聲沖擊技術對其表面進行處理，改善接頭的表面組織，加

5、強表層性能，提高整體性能。當采用超聲沖擊技術可以使其表層產生一層塑性變形層，使焊接接頭的表層發生微觀變形和殘余應力分布情況發生改變，從而提高材料綜合的力學性能和服役的行為。最近幾年，盛永華1在研究中發現，超聲沖擊處理后，金屬焊接接頭的表面組織得到大大細化，在采用合適的工藝參數下，能獲得具有一定厚度的結構表層。相比于焊態的焊接接頭，經過超聲沖擊處理后的焊接接頭，其表面顯微硬度高于心部，疲勞壽命也有所延長。盡管如此，對7A52鋁合金雙絲MIG焊接接頭進行超聲沖擊處理卻極為罕見，對7A52鋁合金焊接接頭的疲勞性能研究也更為少見。因此本文就超聲沖擊處理7A52鋁合金雙絲MIG焊接接頭進行研究，從焊接接

6、頭的表層晶粒大、變形層深度及表面硬度方面進行優化，掌握不同的參數、組織、性能之間的關系，為超聲沖擊技術的實際應用奠定理論基礎，并且具有一定的實用價值和理論意義。1.2 Al-Zn-Mg系鋁合金的概述Al-Zn-Mg系列（又簡稱7000系）鋁合金的發展可追溯到20世紀20年代，1923年-1924年，德國科學家B.贊杰爾和K.明斯涅爾發現了Al-Zn-Mg合金經淬火和時效后具有高的強度，并認為這是合金中形成了MgZn2的相的結果。后來又發現其抗應力腐蝕性能太差，一直沒有得到實際應用。長期以來人們對Al-Zn-Mg鋁合金失去了興趣。從30年代到第二次世界大戰期間，各國在研究中發現Cu能顯著提高抗應

7、力腐蝕性能（SCC）和改善合金力學性能，因此競相發展Al-Zn-Mg-Cu系合金。直到現在仍在廣泛應用于航空事業。九十年代伊拉克戰爭中美英聯軍采用的渡河橋梁裝備采用的主要是中強可焊鋁鋅鎂合金系列2。目前為提高焊接用Al-Zn-Mg系列鋁合金的焊接性能和強度，主要開展提高鋅、鎂的含量和開發新的熱處理工藝及合金的抗應力腐蝕性能。1.2.1 7A52鋁合金的發展7A52鋁合金是高強鋁合金，具有優異的使用性能和工藝性能。20世紀80年代初，東北輕合金加工廠開始研制開發了7A52鋁合金，該合金屬于Al-Zn-Mg系裝甲鋁合金，抗彈性與美7039、蘇1911相當，且具有良好的焊接工藝性能，應用廣泛3。目前

8、利用雙絲MIG焊焊接該鋁合金在技術上已較為成熟，并且在實際中也得到了較為廣泛的應用然而由于焊接技術本身加熱非常快、冷卻也比較迅速，并且熔焊焊接過程中還需要填充焊接材料，這就導致了焊縫及熔合區組織及性能的不均勻性，組織和性能的不均勻導致焊縫的整體性能下降，也是焊接接頭在服役中失效的主要原因之一4。1.2.2 7A52鋁合金焊接研究現狀7A52鋁合金且具有優良的焊接性能。7A52鋁合的板材一般采用攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding ,FSW）、電子束焊(Electron Beam Welding, EBW) 雙絲氣體保護焊（Metal-Inert Gas Welding, MI

9、G ）等。趙軍軍、馬琳5等人采用攪拌摩擦焊工藝對8mm厚的7A52鋁合金板材攪拌摩擦焊接后,分別測定了不同焊接規范下接頭的抗拉強度。討論了攪拌頭旋轉速度和焊接速度對抗拉強度的影響,并根據試驗結果優化出了最佳的焊接工藝。在一定的參數下，焊接接頭具有了較高的力學性能,其抗拉強度也明顯提高,從而提高了焊接接頭的強度。翟熙偉，陳芙蓉6，等人曾對20mm厚7A52鋁合金板材采用試件法進行電子束焊接。通過對7A52鋁合金電子束焊接接頭進行了顯微組織觀察和性能分析。研究表明，經過電子束焊接后，焊接接頭形成了良好的焊縫表面。其焊縫區晶粒細小均勻，抗拉強度也明顯提高。進一步也表明了電子束焊接接頭的性能很高。張傳

10、臣，陳芙蓉7，對單雙絲焊焊接接頭的變形、顯微組織、焊縫硬度和拉伸性能進行了試驗分析。得出雙絲焊焊接接頭變形小。雙絲焊焊縫與單絲焊焊縫相比,組織更為細小致密,熱影響區較窄，焊縫區硬度高于單絲焊焊縫;焊縫抗拉強度比單絲焊焊縫略顯提高，可知用雙絲氣體保護焊比單絲氣體保護焊效果更好。1.3 超聲沖擊技術的發展及研究現狀超聲沖擊(UIT/UP)技術由世界聞名的烏克蘭Paton焊接研究所在1972年最早提出，并由Paton焊接研究所和俄羅斯“量子”研究院共同開發成功，最早用于前蘇聯海軍船只的降低焊接殘余應力，引入有益的壓應力。1974年，Polozky8等人公開發表了將超聲沖擊技術應用于消除焊縫殘余應力的

11、文章。超聲沖擊設備目前主要用于焊接應力的消除，消除零件表面或焊縫區域的有害拉應力，引進有益處的壓應力。就消除殘余應力的效果而言，一般的振動時效在30-55%之間，熱時效可以達到40-80%，超聲沖擊時效則達到80%左右。目前已經在在很多領域應用成功，超聲沖擊技術已經在很多領域，應用成功并取得了不錯的成就。在高能超聲領域9，超聲沖擊技術成為了一個很有前途的研究方向，并且應用范圍已延伸到各種材料、構件及焊接單元。到目前為止，超聲沖擊技術在俄羅斯、烏克蘭、法國、日本、挪威、瑞典、加拿大及美國等國的鐵路、海洋工程、汽車、裝甲車輛、重型工程機械、機械零部件、飛機、橋梁、機車車輛、石油管線、化工機械設備等

12、諸多領域均有所應用。總之，超聲沖擊技術是一種沖擊式壓力加工方法，是直接利用超聲振動式材料表面產生塑形變形，消除材料的殘余應力，達到實際使用效果10。它也具有操作簡單方便、省時、省力、高效率、低成本等特點。對于我國，超聲沖擊技術的研究是由天津大學王東坡教授等人發起。超聲沖擊技術從1997年到現在的十幾年時間里，已經得到很大的發展。從最初的我國第一臺超聲沖擊電源的研制，到現在該技術已經應用到工業當中的各個領域。目前，國內已經有研究人員11開始將超聲沖擊技術應用到了焊接接頭上，并且得到了良好的效果。比如焊接接頭表層組織更加均勻，晶粒明顯細化，表層硬度得到提高等等。超聲沖擊技術還可以增加焊趾處過度弧半

13、徑，降低了焊接接頭的應力集中系數，并且會在焊趾表層處形成局部殘余壓縮應力，使焊接接頭的疲勞壽命得以延長，疲勞強度得以增強。例如王東坡，田瑞瑩12等人在超聲沖擊處理焊接接頭疲勞設計若干問題的探討中，大量超聲沖擊處理焊接接頭的試驗結果進行分析總結,探討超聲沖擊焊接接頭疲勞設計與原始焊接接頭的差異。他們在研究中得出，材料強度對超聲沖擊方法改善焊接接頭疲勞性能的處理效果有一定影響,隨著接頭材料強度的提高改善效果也越好13。經過超聲沖擊處理后，焊接接頭疲勞強度不再與所外加的平均應力有關,而是隨著應力比R的增加,接頭所能夠承受的疲勞應力幅度有所降低。當采用最大應力對超聲沖擊處理焊接接頭進行疲勞設計時,外載

14、荷中所含平均應力緩慢增加超聲沖擊處理焊接接頭在FAT下的疲勞強度(應力范圍)也迅速的降低 。盛永華1在對超聲沖擊對金屬焊接接頭組織及性能影響的研究中，用超聲沖擊法處理金屬焊接接頭后，可獲得具有一定厚度的塑性變形層，晶粒明顯得到細化，某些晶粒尺寸甚至可達納米量級。超聲沖擊還能提高金屬焊接接頭的顯微硬度、抗拉強度和疲勞強度等性能，此外超聲沖擊可引入對提高疲勞強度有利的殘余壓應力及改善焊趾處的應力等。超聲沖擊法在金屬焊接接頭的焊后強化處理及相關領域方面的應用愈來愈廣泛，具有很大的發展潛力。1.4 超聲沖擊對焊接接頭疲勞性能的影響焊接殘余應力是焊接結構所特有的特征，它對于焊接結構疲勞強度的影響是人們廣

15、為關心的問題，為此人們進行了大量的試驗研究工作。試驗往往采用有焊接殘余應力的試樣與經過熱處理消除殘余應力后的試樣，進行疲勞試驗作對比。由于焊接殘余應力的產生往往伴隨著焊接熱循環引起的材料性能變化，而熱處理在消除殘余應力的同時也恢復或部分地恢復了材料的性能，同時也由于試驗結果的分散性14，因此對試驗結果產生了不同的解釋，對焊接殘余應力的影響也就有了不同的評價。大量研究和實踐表明15，焊接接頭的疲勞破壞一般起裂于焊接接頭的焊趾部位。 如果能改善焊趾處疲勞裂紋的起裂性能，將有效地提高焊接結的疲勞強度。為了使焊接結構很好地滿足工程上對其提出的承受動載的要求，能夠采取的措施主要有兩點。一方面，增加對焊接

16、結構抗疲勞特性的了解，精心設計構件的結構形式及接頭形式，并嚴格控制焊接質量，防止和減少焊接缺陷的產生，使所設計的焊接結構更合理，從而具有更高的疲勞強度。另一方面，直接面對焊接接頭疲勞性能較差的弱點，在焊接結構制造過程中或完成后及使用過程中采取有效的工藝措施，提高接頭的疲勞強度，增加其承受動載的能力、延長其使用壽命，其積極意義是顯而易見的。但是王安16在影響焊接結構疲勞強度的主要因素研究中發現焊接接頭疲勞性能的一個顯著特點是：接頭的疲勞強度與母材的靜強度關系不大。對于高強鋼來說，起焊接接頭的疲勞強度并不是比低碳鋼高。使設計焊接結構時，試圖通過選用較高強度的鋼種來滿足承受更高動載的工程需要失去了可

17、能性。在一定程度上也限制了焊接接頭承受交變動載的能力，而使焊接結構承受交變載荷的能力與母材相比較差的問題更為嚴重。研究表明，用超聲波沖擊處理焊趾區的方法來提高焊接接頭及結構疲勞強度是一種理想的改善焊接接頭疲勞性能措施,這已被相關試驗所證實17,18,19。近年來發展起來的超聲沖擊提高焊接接頭及結構疲勞強度的方法，其機理與錘擊和噴丸基本一致，但這種方法機構輕巧，可控性好，適用靈活方便、噪音小、效率高、是一種較理想的焊后改善焊接接頭疲勞性能的方法。1.5 本文研究內容及方案本文主要研究超聲沖擊技術對7A52超硬鋁合金經雙絲MIG焊焊后接頭焊趾部分焊縫性能的影響，主要探究超聲沖擊前后焊趾表面金相組織

18、的變化，超聲沖擊前后疲勞性能變化。進而分析超聲沖擊對這種新超硬鋁合金焊接接頭的影響。研究方案過程如下：1. 將7A52鋁合金焊接接頭分成兩部分，一部分進行超聲沖擊處理，另一部分不 作超聲沖擊處理。2. 將兩組焊接接頭在不同參數下分別作疲勞試驗，并記錄實驗數據。3. 將疲勞試驗后的焊接接頭經線切割，砂紙打磨，粗拋光，精拋光，腐蝕，酒精清洗制成金相觀察試樣。4. 將上述各試樣在顯微鏡下觀察，找出焊縫和融合區，并拍照。5. 處理實驗數據。包括擬合S-N曲線，分析兩組金相照片，對比組織變化以及疲勞性能改善的程度。第二章 試驗材料及過程2.1 試樣材料母材：選用7A52超硬鋁合金，規格為300mm50m

19、m20mm，其化學成分,如表2-1所示。焊絲：選用5356，其化學成分，如表2-1所示，焊絲規格為1.6mm。保護氣體：氬氣（純度為99.99%）7A52鋁合金的力學性能，如表2-2所示。表2-1 7A52鋁合金及5356焊絲的主要化學成分表（質量分數，%）牌 號ZnMgCuMnCrTiZrFeSiAl7A524.04.82.02.80.050.200.200.500.150.250.050.180.050.150.300.25余量53560.104.55.50.10.200.500.050.200.060.200.100.150.400.25余量表2-2 7A52鋁合金的力學性能抗拉強度Rm

20、/MPa屈服強度Rp0.2/ MPa斷后伸縮率A(%)41034572.2 試驗裝置2.2.1 焊接試驗裝置圖2-1 TPS5000多功能數字化雙絲焊機雙絲焊接設備采用奧地利Fronius公司TPS5000多功能數字化雙絲焊機。焊接設備如圖2-1所示。7A52鋁合金的焊接采用雙絲MIG焊的方法來焊接，圖2-2為雙絲焊接系統組成示意圖。圖2.2 雙絲焊系統組成示意圖2.2.2 超聲沖擊裝置將雙絲MIG焊后接頭進行探傷，選擇氣孔缺陷較少的焊接件，對其焊趾部位進行超聲沖擊。試驗采用天津天東恒科技發展有限公司生產的TDH型超聲沖擊機對焊趾進行沖擊處理。超聲沖擊設備實物圖如圖2.3所示。超聲沖擊沖擊頭如

21、圖2.4所示。圖2-3 超聲沖擊設備實物圖圖2-4 超聲沖擊頭2.3疲勞試驗裝置試驗采用100KN級GPS300型高頻疲勞試驗機，如圖2-5所示。圖2-5 GPS300型高頻疲勞試驗機實物圖2.3 試驗工藝2.3.1 焊前準備焊前準備的主要工作是焊接坡口準備、焊件及焊絲表面處理、焊件組裝、焊接設備檢查等。當焊件或焊絲表面存在油污等雜質時，焊接過程中就可能將雜質帶入焊接熔池。從而形成焊接缺陷。焊件或焊絲表面存在油污等雜質時，焊接過程就可能將雜質帶入熔池，從而形成焊接缺陷。焊件或焊絲表面存在較厚的氧化層時將影響焊縫質量，在焊接鋁合金時這個問題尤其突出，所以為了獲得最好質量，焊前必須進行嚴格的清理。

22、1、去油污先將焊接用的鋁合金焊絲、被焊鋁板坡口兩側用丙酮浸泡，放于超聲沖擊波發生器上處理20分鐘，將其表面油污清洗干凈。2、清除氧化膜清洗氧化膜主要可以通過機械法和化學法。機械法是用不銹鋼絲輪打磨，用砂紙打磨或拋光法將鋁合金焊絲和焊件接頭表面清理干凈。化學方法清除氧化膜是將脫脂去油處理的焊件放入濃度（415）%的NaOH溶液浸泡515min，進行去除氧化膜處理，再用濃度30%的HNO3溶液浸泡2min左右，進行酸化處理，然后從溶液中取出，進行干燥待焊。 3、預熱焊前將焊件進行焊前預熱。預熱可以采用電爐加熱，加熱區域為焊縫兩側各80mm，預熱溫度控制在8095。4、惰性氣體保護惰性氣體采用Ar+

23、He進行保護，氣體純度分別為85%和15%。在MIG施焊過程中控制在25L/min30L/min。2.3.2 焊接方法及參數表2-3 7A52鋁合金雙絲焊焊接參數試驗采用自動雙絲MIG焊焊接，母材為7A52鋁合金，焊絲直徑為1.6mm，用氬氣（純度為99.99%）作保護氣體，坡口形式為60度對接V型坡口，對7A52鋁合金焊接接頭進行焊接，第一層打底焊，第二層、第三層填充，具體焊接參數，如表2-3所示。層次焊接電流(A)電弧電壓(V)焊接速度(cm/min)氣體流量(L/min)層間溫度()預送氣時間(s)后送氣時間(s)主124022401070-805.03.0副19020401070-80

24、5.03.0主224022351570-805.03.0副19220351570-805.03.0主324022351570-805.03.0副19520354570-805.03.02.3.3 焊后處理超聲沖擊前應先清除殘渣、表面處理：1、在6080的熱水中刷洗；2、放入重鉻酸鉀溶液中沖洗；3、再在6080的熱水中洗滌；4、風干；5、機械拋光；6、人工時效，時效溫度為100200，時效時間為1220 h。焊后熱處理的目的就是為了改善焊接接頭的組織，提高焊接接頭的強度和硬度。焊接完成后，7A52鋁合金焊接接頭的宏觀照片，如圖2-6所示圖2-6 7A52鋁合金焊接接頭宏觀照片2.4 超聲沖擊技術

25、工藝及參數超聲沖擊處理時，首先對焊趾進行沖擊。將含有3個沖擊針的單排沖擊頭對準焊趾處，且沖擊針排列方向沿焊縫的縱向，并保證基本垂直于焊縫，沖擊時使沖擊針在略大于超聲沖擊槍自重的條件下進行處理，基本完成后就要用單個沖擊針沖擊一遍，以此來保證焊趾處能形成連續均勻光滑的凹弧。對焊縫進行超聲沖擊處理時，沖擊槍要換成面沖擊頭，操作方法類似于對焊趾地沖擊，沖擊完成的基本標準就是使整個焊縫的沖擊率高于100%，不能出現漏打，少打的情況。超聲沖擊處理過程，如圖2-7所示。圖2-7 超聲沖擊處理過程示意圖 超聲沖擊主要參數：選用4的沖擊針7根；沖擊寬度為5mm；沖擊速度為0.61.2m/min；往復沖擊次數為3

26、次；激勵初選電流為1.0A；擺動角度為010。超聲沖擊頻率：17-20kHz；沖擊電流：0-3.0A；振 幅：13.2-13.7m；首先對焊趾進行沖擊預調沖擊電流1A，因為振幅與電流是呈正相關比例的，因此只調節電流即可。2.5 金相試樣的制備將疲勞試驗后的兩組焊接接頭均制成金相試樣。1、試樣制備：本實驗利用DK77系類電火花數控線切割機床，分別將以上兩組疲勞試驗后的焊接接頭切割成1530mm長方形試件，圖2-8為線切割前工件及線切割劃線，圖2-9為線切割機工作過程。圖2-8 切割前工件及線切割劃線圖2-9 線切割機工作過程2、粗磨：試驗過程中依次使用360#、500#、600#、800#、10

27、00#、1200#、1500#、2000#金相砂紙手工粗磨。為保持試樣磨面平整并平行于原來的磨面，要求每道工序的磨痕與上一道工序的磨痕方向垂直，并且要使前一道工序的磨痕消除，整個粗磨過程用力要均勻，更換砂紙時工件要旋轉90度。圖3.3為粗磨過程示意圖。3、拋光：拋光的目的是將磨光工序留下的變形層除去，使焊縫表面更為平整從而不影響顯微組織的觀察。拋光分粗拋和精拋兩階段來進行，以達到變形層淺，拋光損傷小的目的。粗拋采用帆布作為粗拋布、拋光時采用標準拋光膏為金屬表面去污、拋光、人工擦亮和金屬表面保護的作用。精拋采用巾絲絨作為拋光布，拋光液則用清水。圖3.4為拋光過程。4、金相試樣的腐蝕：試樣經粗、精

28、兩次拋光后，還不能直接在顯微鏡下觀察，想要對試樣的組織進行顯微分析，還必須對試樣進行腐蝕。步驟如下：（1）、試樣拋光后用清水沖洗干凈；（2）、在試樣上滴上氫氟酸：鹽酸：硝酸：水體積分數比為1：1.5：2.5：95的溶液進行腐蝕，以試樣表面顏色稍有改變為準，然后用95的乙醇洗凈，并用棉簽吸干表面液體，吹干后即可。2.6 疲勞性能測試疲勞試驗前將焊接接頭分成兩類，一類不進行超聲沖擊技術處理，另一類接頭焊趾部位都要進行超聲沖擊技術處理。焊接接頭疲勞試樣尺寸，如圖2-10所示。該試驗機采用計算機控制技術和脈沖調寬技術，進行常規試驗參數設置、試驗控制、保護設置、試驗記錄、數據處理和曲線擬合。疲勞試驗機的

29、參數指標，如表2-4所示。載荷類型為拉拉載荷，應力循環比R=0.1，加載頻率100Hz。圖2-10焊接接頭疲勞試樣尺寸表2-6 GPS300型高頻疲勞試驗機參數指標表2-4 疲勞試驗機的參數指標參數數值最大靜負荷300kN最大單向脈動負荷300Nm最大動負荷150kN衰變倍數分檔1，2，5檔平均負荷示值相對誤差1%交變負荷波動度0.5%FS平均負荷波動度0.5%FS頻率范圍80-250Hz由于焊接接頭疲勞試樣的外表面質量對疲勞試驗結果的影響較大，所以在試樣裝卡前，要用電磨頭將試樣的表面進行打磨，直至消除疲勞試樣的機加工痕跡。在裝卡疲勞試樣的時候，要盡量保證對稱裝卡，避免出現與疲勞試樣軸向有一定

30、傾角的扭力矩存在，影響試驗數據的準確性，消除在裝卡的過程中引入人為的誤差。第三章 試驗結果及分析3.1 超聲沖擊前、后焊縫宏觀變化結果采用超聲沖擊處理工藝對試件的焊趾部位進行超聲沖擊，沖擊前、后的焊縫外觀形態變化分別如圖3-1和圖3-2所示。圖3-1 沖擊前焊縫表面形貌圖3-2 沖擊后焊縫表面形貌結果表明，焊縫焊趾部位經超聲沖擊處理后，從外觀上看在焊趾部位有明顯的沖擊槽，即焊趾金屬表面形成了一定程度的塑性變形，且可看出沖擊槽深淺較為均勻，極少存在明顯的漏打、重打區域，且與未沖擊焊縫相比明顯焊趾處過度均勻，說明變幅桿、針狀沖擊能夠很好的適應焊縫的形狀，超聲發生器輸出的功率均衡，所以選擇的超聲沖擊

31、處理的速度合理。焊縫焊趾處的外表形狀較為平滑，過度均勻，可以降低應力集中系數和疲勞缺口的敏感度，從而也可以提高焊縫的綜合性能。3.2 沖擊前、后焊縫顯微組織觀察與對比分析用光學顯微鏡放大100倍后，比較焊接接頭在超聲沖擊前、后金相組織的變化。分別如圖3-3和圖3-4所示。結果表明，經過超聲沖擊后，其組織變化明顯。充分說明組織內部形狀較為平滑，過度均勻，可以降低應力集中系數和疲勞缺口的敏感度，從而也可以提高焊接接頭的綜合性能。圖3-3 未經處理的焊態金相圖3-4 經超聲沖擊后的焊態金相3.3 沖擊前、后焊接接頭疲勞性能的分析材料的疲勞性能在實際的使用中起著很重要的因素,它直接影響著工程機械在使用

32、期限和安全因素。所以對超聲沖擊處理7A52鋁合金焊接接頭的疲勞性能進行研究是很有必要的。3.3.1 疲勞試驗的數據處理表3-1 焊接接頭超聲沖擊處理前疲勞試驗結果為了分析超聲沖擊技術對7A52鋁合金焊接接頭疲勞性能的影響，本試驗將焊接接頭經超聲沖擊處理前后的試樣進行疲勞性能測試。選擇應力循環比為R=0.1。焊接接頭超聲沖擊處理前后疲勞試驗結果分別如表3-1和3-2所示。試件編號平均載荷F/kN交變載荷F/kN應力范圍/MPa循環周次N/106次斷裂位置134.7328.4110080469斷焊趾230.8625.2590149652斷圓弧過渡處327.6922.6680129447斷焊趾424

33、.1919.7970247428斷圓弧過渡處521.0617.2360293050裂焊趾617.4114.24501091820裂焊趾713.8911.36402875726裂焊趾試件編號平均載荷F/kN交變載荷F/kN應力范圍/MPa循環周次N/106次斷裂位置134.9128.56100226841裂焊趾231.2425.5690299801裂焊趾327.5822.5780613877裂焊趾424.1319.7470669449裂焊趾520.7717.00602118587未斷617.3114.16505020032未斷表3-2 焊接接頭超聲沖擊處理后疲勞試驗結果3.3.2 S-N曲線分析

34、依據表3-1和表3-2的疲勞試驗數據結果，在應力循環比為R=0.1的情況下，擬合繪制雙對數坐標的S-N曲線，計算擬合參數，得到的焊接接頭超聲沖擊處理前后S-N曲線參數，如表3-3所示。結合焊接接頭的斷裂位置，繪制出焊接接頭超聲沖擊處理前后S-N曲線，如圖3-5所示。表3-3 焊接接頭超聲沖擊處理前后S-N曲線參數表處理狀態mCm焊態3.712.2超聲沖擊處理4.512.8圖3-5 焊接接頭超聲沖擊處理前后S-N曲線經過曲線擬合后，材料在不同的循環外力加載下的載荷值與疲勞循環次數N之間的關系。該曲線將整個圖分為三個部分，第一部分是S-N曲線以上的區域，此區域可以認為是疲勞斷裂區，只要位于此區域的

35、點，均認為該試樣已經斷裂；而與此相對的就是S-N曲線下面的區域，此區域可以認為是未發生疲勞斷裂的區域，只要是位于該區域的試樣，就認為沒有發生疲勞斷裂。另一部分就是疲勞S-N曲線上的點，這個曲線上的點認為是疲勞試樣斷裂與否的分界值，正是這些數值可以定量為焊接接頭疲勞評定和設計提供有利理論基礎。根據已經計算出的擬合方程及擬合出來的S-N曲線，超聲沖擊處理前后的7A52鋁合金焊接接頭在循環次數為2106時的疲勞強度分別為40.68MPa、59.67MPa，在此循環周次下的疲勞強度提升了46.7%。焊接接頭超聲沖擊處理前后的疲勞強度結果，如表3-4所示。表3-4 焊接接頭沖擊處理前后疲勞強度結果處理狀

36、態應力循環比疲勞強度/MPa(2106)提高效果(%)焊態0.140.6846.7超聲沖擊處理0.159.67由此可見，7A52鋁合金雙絲MIG焊接接頭經過超聲沖擊處理后在高周疲勞周次下疲勞強度提高得非常明顯。第四章 結 論1、由焊縫表層形貌和內部組織形態可以看出：焊趾經超聲沖擊處理后，沖擊區有明顯的沖擊槽，焊縫焊趾處的外表形狀相比沖擊前更為平滑。焊接接頭疲勞強度的改善效果十分明顯,表層組織更加均勻，晶粒明顯細化，應力集中系數和疲勞缺口的敏感度也降低,所以疲勞性能明顯得到提高。2、通過對超聲沖擊處理后的疲勞性能S-N擬合曲線得出, 7A52鋁合金雙絲MIG焊接接頭在高周疲勞周次下,疲勞強度明顯

37、提高。且疲勞強度提升了46.7%。參考文獻1 盛永華.超聲沖擊對金屬焊接接頭組織及性能影響的研究現狀J.熱加工工藝,材料熱處理技術.2012年第41卷第04期.2 潘復生，張丁非鋁合金及應用M北京:化學工業出版社，20063 黃繼武,尹志民,方家芳,聶 波,何振波. 均勻化處理對7A52鋁合金組織和性能的影響J. 中南大學學報(自然科學版). 第37卷第6期2006年12月4 余進，王克鴻，徐越蘭等.7A52鋁合金雙絲焊接頭的組織與性能J.焊接學報Vo.l26，No10，October，20055 趙軍軍,馬 琳,王衛欣,張 平.7A52鋁合金的攪拌摩擦焊工藝優化J. 裝甲兵工程學院學報.20

38、07年8月第21卷第4期.6 翟熙偉,陳芙蓉,畢良艷,張傳臣. 7A52 鋁合金電子束焊接參數及性能J.焊接學報.第33卷第8期2012年8月.7 張傳臣，陳芙蓉，高云喜. 7A52鋁合金單雙絲焊工藝對比分析J.焊接學報.第29卷第9期2 0 0 8年9月.8 ao R N，Wang ZB，Tong W P，eta1An investigation of surface nanocrystallization mechanism in Feb surface mechanical attrition treatmentActa Mater，2002，50：46039 王愛民.超聲沖擊技術的研究與應用M科技創新與應用.2013年第2期10何柏林，余皇皇.超聲沖擊表面納米化研究的發展M材料熱處理技術.2010年9月.1001-3814(2010)18-0112-0411 韓靖，盛光敏，胡國雄.金屬材料表面自納米化研究現狀M材料導報2007年5月第21卷專輯12 王東坡,田瑞瑩,霍立興,張玉鳳,王 婷.超聲沖擊處理焊接接頭疲勞設計若干問題的探討J. 機械工程學報. 第42卷第11期2006年11月.13 何柏林，余皇皇.超聲沖擊表面納米化研究的發展J材料熱處理技術.2010年9月.201014 朱有利，李