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1、学校代码： 10128学 号： 2010* 专科毕业论文 题 目：超声冲击对7A52铝合金焊接接头疲劳性能的影响学生姓名：*学 院：*系 别：*专 业：焊接技术自动化班 级：*指导教师：* 教授二 一 三 年 六 月内蒙古工业大学毕业论文摘 要在航空航天、兵器及船舶等许多工业领域中，零部件受交变载荷的作用，在服役期内，其构件常常发生疲劳破坏，而结构发生疲劳破坏的主要部位往往是焊接接头。本文研究了超声冲击技术对7A52铝合金焊接接头疲劳性能的影响。综述了7A52铝合金的性能和焊接方法、超声冲击的原理及装置组成，介绍了7A52铝合金的焊接方法及过程、超声冲击的方法及过程。最终就超声冲击技术对焊接接
2、头的疲劳性能作出了进一步的研究与分析。分析结果表明超声冲击方法对焊接接头疲劳强度的改善效果十分明显, 表层组织更加均匀，晶粒明显细化。能够极大的提高材料的疲劳寿命,极具实用价值。同时发现, 在焊趾表层处形成局部残余压缩应力，使焊接接头的疲劳寿命得以延长，疲劳强度得以增强。关键词：7A52铝合金；焊接接头；超声冲击技术；疲劳性能目 录第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 Al-Zn-Mg系铝合金的概述11.2.1 7A52铝合金的发展21.2.2 7A52铝合金焊接研究现状21.3 超声冲击技术的发展及研究现状31.4 超声冲击对焊接接头疲劳性能的影响41.5 本文研究内容5第二章 试验
3、材料及过程62.1 试样材料62.2 试验装置62.2.1 焊接试验装置62.2.2 超声冲击装置72.3疲劳试验装置82.3 试验工艺82.3.1 焊前准备82.3.2 焊接方法及参数92.3.3 焊后处理102.4 超声冲击技术工艺及参数102.5 金相试样的制备112.6 疲劳性能测试12第三章 试验结果及分析143.1 超声冲击前、后焊缝宏观变化结果143.2 冲击前、后焊缝显微组织观察与对比分析143.3冲击前、后焊接接头疲劳性能的分析15第四章 结 论18参考文献19谢 辞21第一章 绪论1.1 研究背景及意义7A52铝合金属于Al-Zn-Mg系高强可焊铝合金,在其连接技术中应用最
4、多的是熔焊技术,其中以TIG焊(钨极惰性气体保护电弧焊)和MIG焊(熔化极惰性气体保护电弧焊)应用最广。由于其具有优良的综合性能，已经被广泛应用与航空航天、兵器领域中，作为坦克的装甲、炮架和各种装备中。我国在20世纪80年代初到现在，对7A52铝合金板材上已经应用成熟，然而在焊接接头上，出现诸多问题。是由于铝合金吸氢能力很强，因此在焊接完成后接头处容易出现气孔，并且由于线膨胀系数大，在接头处容易产生残余的拉应力，而且焊接接头变形和裂纹的倾向较大，从而会降低7A52铝合金焊接接头疲劳性能。为了进一步提高7A52铝合金双丝MIG焊后的综合性能，完善其不足之处，从而采用超声冲击技术对其表面进行处理，
5、改善接头的表面组织，加强表层性能，提高整体性能。当采用超声冲击技术可以使其表层产生一层塑性变形层，使焊接接头的表层发生微观变形和残余应力分布情况发生改变，从而提高材料综合的力学性能和服役的行为。最近几年，盛永华1在研究中发现，超声冲击处理后，金属焊接接头的表面组织得到大大细化，在采用合适的工艺参数下，能获得具有一定厚度的结构表层。相比于焊态的焊接接头，经过超声冲击处理后的焊接接头，其表面显微硬度高于心部，疲劳寿命也有所延长。尽管如此，对7A52铝合金双丝MIG焊接接头进行超声冲击处理却极为罕见，对7A52铝合金焊接接头的疲劳性能研究也更为少见。因此本文就超声冲击处理7A52铝合金双丝MIG焊接
6、接头进行研究，从焊接接头的表层晶粒大、变形层深度及表面硬度方面进行优化，掌握不同的参数、组织、性能之间的关系，为超声冲击技术的实际应用奠定理论基础，并且具有一定的实用价值和理论意义。1.2 Al-Zn-Mg系铝合金的概述Al-Zn-Mg系列（又简称7000系）铝合金的发展可追溯到20世纪20年代，1923年-1924年，德国科学家B.赞杰尔和K.明斯涅尔发现了Al-Zn-Mg合金经淬火和时效后具有高的强度，并认为这是合金中形成了MgZn2的相的结果。后来又发现其抗应力腐蚀性能太差，一直没有得到实际应用。长期以来人们对Al-Zn-Mg铝合金失去了兴趣。从30年代到第二次世界大战期间，各国在研究中
7、发现Cu能显著提高抗应力腐蚀性能（SCC）和改善合金力学性能，因此竞相发展Al-Zn-Mg-Cu系合金。直到现在仍在广泛应用于航空事业。九十年代伊拉克战争中美英联军采用的渡河桥梁装备采用的主要是中强可焊铝锌镁合金系列2。目前为提高焊接用Al-Zn-Mg系列铝合金的焊接性能和强度，主要开展提高锌、镁的含量和开发新的热处理工艺及合金的抗应力腐蚀性能。1.2.1 7A52铝合金的发展7A52铝合金是高强铝合金，具有优异的使用性能和工艺性能。20世纪80年代初，东北轻合金加工厂开始研制开发了7A52铝合金，该合金属于Al-Zn-Mg系装甲铝合金，抗弹性与美7039、苏1911相当，且具有良好的焊接工艺
8、性能，应用广泛3。目前利用双丝MIG焊焊接该铝合金在技术上已较为成熟，并且在实际中也得到了较为广泛的应用然而由于焊接技术本身加热非常快、冷却也比较迅速，并且熔焊焊接过程中还需要填充焊接材料，这就导致了焊缝及熔合区组织及性能的不均匀性，组织和性能的不均匀导致焊缝的整体性能下降，也是焊接接头在服役中失效的主要原因之一4。1.2.2 7A52铝合金焊接研究现状7A52铝合金且具有优良的焊接性能。7A52铝合的板材一般采用搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding ,FSW）、电子束焊(Electron Beam Welding, EBW) 双丝气体保护焊（Metal-Inert Gas
9、Welding, MIG ）等。赵军军、马琳5等人采用搅拌摩擦焊工艺对8mm厚的7A52铝合金板材搅拌摩擦焊接后,分别测定了不同焊接规范下接头的抗拉强度。讨论了搅拌头旋转速度和焊接速度对抗拉强度的影响,并根据试验结果优化出了最佳的焊接工艺。在一定的参数下，焊接接头具有了较高的力学性能,其抗拉强度也明显提高,从而提高了焊接接头的强度。翟熙伟，陈芙蓉6，等人曾对20mm厚7A52铝合金板材采用试件法进行电子束焊接。通过对7A52铝合金电子束焊接接头进行了显微组织观察和性能分析。研究表明，经过电子束焊接后，焊接接头形成了良好的焊缝表面。其焊缝区晶粒细小均匀，抗拉强度也明显提高。进一步也表明了电子束焊
10、接接头的性能很高。张传臣，陈芙蓉7，对单双丝焊焊接接头的变形、显微组织、焊缝硬度和拉伸性能进行了试验分析。得出双丝焊焊接接头变形小。双丝焊焊缝与单丝焊焊缝相比,组织更为细小致密,热影响区较窄，焊缝区硬度高于单丝焊焊缝;焊缝抗拉强度比单丝焊焊缝略显提高，可知用双丝气体保护焊比单丝气体保护焊效果更好。1.3 超声冲击技术的发展及研究现状超声冲击(UIT/UP)技术由世界闻名的乌克兰Paton焊接研究所在1972年最早提出，并由Paton焊接研究所和俄罗斯“量子”研究院共同开发成功，最早用于前苏联海军船只的降低焊接残余应力，引入有益的压应力。1974年，Polozky8等人公开发表了将超声冲击技术应
11、用于消除焊缝残余应力的文章。超声冲击设备目前主要用于焊接应力的消除，消除零件表面或焊缝区域的有害拉应力，引进有益处的压应力。就消除残余应力的效果而言，一般的振动时效在30-55%之间，热时效可以达到40-80%，超声冲击时效则达到80%左右。目前已经在在很多领域应用成功，超声冲击技术已经在很多领域，应用成功并取得了不错的成就。在高能超声领域9，超声冲击技术成为了一个很有前途的研究方向，并且应用范围已延伸到各种材料、构件及焊接单元。到目前为止，超声冲击技术在俄罗斯、乌克兰、法国、日本、挪威、瑞典、加拿大及美国等国的铁路、海洋工程、汽车、装甲车辆、重型工程机械、机械零部件、飞机、桥梁、机车车辆、石
12、油管线、化工机械设备等诸多领域均有所应用。总之，超声冲击技术是一种冲击式压力加工方法，是直接利用超声振动式材料表面产生塑形变形，消除材料的残余应力，达到实际使用效果10。它也具有操作简单方便、省时、省力、高效率、低成本等特点。对于我国，超声冲击技术的研究是由天津大学王东坡教授等人发起。超声冲击技术从1997年到现在的十几年时间里，已经得到很大的发展。从最初的我国第一台超声冲击电源的研制，到现在该技术已经应用到工业当中的各个领域。目前，国内已经有研究人员11开始将超声冲击技术应用到了焊接接头上，并且得到了良好的效果。比如焊接接头表层组织更加均匀，晶粒明显细化，表层硬度得到提高等等。超声冲击技术还
13、可以增加焊趾处过度弧半径，降低了焊接接头的应力集中系数，并且会在焊趾表层处形成局部残余压缩应力，使焊接接头的疲劳寿命得以延长，疲劳强度得以增强。例如王东坡，田瑞莹12等人在超声冲击处理焊接接头疲劳设计若干问题的探讨中，大量超声冲击处理焊接接头的试验结果进行分析总结,探讨超声冲击焊接接头疲劳设计与原始焊接接头的差异。他们在研究中得出，材料强度对超声冲击方法改善焊接接头疲劳性能的处理效果有一定影响,随着接头材料强度的提高改善效果也越好13。经过超声冲击处理后，焊接接头疲劳强度不再与所外加的平均应力有关,而是随着应力比R的增加,接头所能够承受的疲劳应力幅度有所降低。当采用最大应力对超声冲击处理焊接接
14、头进行疲劳设计时,外载荷中所含平均应力缓慢增加超声冲击处理焊接接头在FAT下的疲劳强度(应力范围)也迅速的降低 。盛永华1在对超声冲击对金属焊接接头组织及性能影响的研究中，用超声冲击法处理金属焊接接头后，可获得具有一定厚度的塑性变形层，晶粒明显得到细化，某些晶粒尺寸甚至可达纳米量级。超声冲击还能提高金属焊接接头的显微硬度、抗拉强度和疲劳强度等性能，此外超声冲击可引入对提高疲劳强度有利的残余压应力及改善焊趾处的应力等。超声冲击法在金属焊接接头的焊后强化处理及相关领域方面的应用愈来愈广泛，具有很大的发展潜力。1.4 超声冲击对焊接接头疲劳性能的影响焊接残余应力是焊接结构所特有的特征，它对于焊接结构
15、疲劳强度的影响是人们广为关心的问题，为此人们进行了大量的试验研究工作。试验往往采用有焊接残余应力的试样与经过热处理消除残余应力后的试样，进行疲劳试验作对比。由于焊接残余应力的产生往往伴随着焊接热循环引起的材料性能变化，而热处理在消除残余应力的同时也恢复或部分地恢复了材料的性能，同时也由于试验结果的分散性14，因此对试验结果产生了不同的解释，对焊接残余应力的影响也就有了不同的评价。大量研究和实践表明15，焊接接头的疲劳破坏一般起裂于焊接接头的焊趾部位。 如果能改善焊趾处疲劳裂纹的起裂性能，将有效地提高焊接结的疲劳强度。为了使焊接结构很好地满足工程上对其提出的承受动载的要求，能够采取的措施主要有两
16、点。一方面，增加对焊接结构抗疲劳特性的了解，精心设计构件的结构形式及接头形式，并严格控制焊接质量，防止和减少焊接缺陷的产生，使所设计的焊接结构更合理，从而具有更高的疲劳强度。另一方面，直接面对焊接接头疲劳性能较差的弱点，在焊接结构制造过程中或完成后及使用过程中采取有效的工艺措施，提高接头的疲劳强度，增加其承受动载的能力、延长其使用寿命，其积极意义是显而易见的。但是王安16在影响焊接结构疲劳强度的主要因素研究中发现焊接接头疲劳性能的一个显著特点是：接头的疲劳强度与母材的静强度关系不大。对于高强钢来说，起焊接接头的疲劳强度并不是比低碳钢高。使设计焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足承受更高
17、动载的工程需要失去了可能性。在一定程度上也限制了焊接接头承受交变动载的能力，而使焊接结构承受交变载荷的能力与母材相比较差的问题更为严重。研究表明，用超声波冲击处理焊趾区的方法来提高焊接接头及结构疲劳强度是一种理想的改善焊接接头疲劳性能措施,这已被相关试验所证实17,18,19。近年来发展起来的超声冲击提高焊接接头及结构疲劳强度的方法，其机理与锤击和喷丸基本一致，但这种方法机构轻巧，可控性好，适用灵活方便、噪音小、效率高、是一种较理想的焊后改善焊接接头疲劳性能的方法。1.5 本文研究内容及方案本文主要研究超声冲击技术对7A52超硬铝合金经双丝MIG焊焊后接头焊趾部分焊缝性能的影响，主要探究超声冲
18、击前后焊趾表面金相组织的变化，超声冲击前后疲劳性能变化。进而分析超声冲击对这种新超硬铝合金焊接接头的影响。研究方案过程如下：1. 将7A52铝合金焊接接头分成两部分，一部分进行超声冲击处理，另一部分不 作超声冲击处理。2. 将两组焊接接头在不同参数下分别作疲劳试验，并记录实验数据。3. 将疲劳试验后的焊接接头经线切割，砂纸打磨，粗抛光，精抛光，腐蚀，酒精清洗制成金相观察试样。4. 将上述各试样在显微镜下观察，找出焊缝和融合区，并拍照。5. 处理实验数据。包括拟合S-N曲线，分析两组金相照片，对比组织变化以及疲劳性能改善的程度。第二章 试验材料及过程2.1 试样材料母材：选用7A52超硬铝合金，
19、规格为300mm50mm20mm，其化学成分,如表2-1所示。焊丝：选用5356，其化学成分，如表2-1所示，焊丝规格为1.6mm。保护气体：氩气（纯度为99.99%）7A52铝合金的力学性能，如表2-2所示。表2-1 7A52铝合金及5356焊丝的主要化学成分表（质量分数，%）牌 号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铝合金
20、的力学性能抗拉强度Rm/MPa屈服强度Rp0.2/ MPa断后伸缩率A(%)41034572.2 试验装置2.2.1 焊接试验装置图2-1 TPS5000多功能数字化双丝焊机双丝焊接设备采用奥地利Fronius公司TPS5000多功能数字化双丝焊机。焊接设备如图2-1所示。7A52铝合金的焊接采用双丝MIG焊的方法来焊接，图2-2为双丝焊接系统组成示意图。图2.2 双丝焊系统组成示意图2.2.2 超声冲击装置将双丝MIG焊后接头进行探伤，选择气孔缺陷较少的焊接件，对其焊趾部位进行超声冲击。试验采用天津天东恒科技发展有限公司生产的TDH型超声冲击机对焊趾进行冲击处理。超声冲击设备实物图如图2.3
21、所示。超声冲击冲击头如图2.4所示。图2-3 超声冲击设备实物图图2-4 超声冲击头2.3疲劳试验装置试验采用100KN级GPS300型高频疲劳试验机，如图2-5所示。图2-5 GPS300型高频疲劳试验机实物图2.3 试验工艺2.3.1 焊前准备焊前准备的主要工作是焊接坡口准备、焊件及焊丝表面处理、焊件组装、焊接设备检查等。当焊件或焊丝表面存在油污等杂质时，焊接过程中就可能将杂质带入焊接熔池。从而形成焊接缺陷。焊件或焊丝表面存在油污等杂质时，焊接过程就可能将杂质带入熔池，从而形成焊接缺陷。焊件或焊丝表面存在较厚的氧化层时将影响焊缝质量，在焊接铝合金时这个问题尤其突出，所以为了获得最好质量，焊
22、前必须进行严格的清理。1、去油污先将焊接用的铝合金焊丝、被焊铝板坡口两侧用丙酮浸泡，放于超声冲击波发生器上处理20分钟，将其表面油污清洗干净。2、清除氧化膜清洗氧化膜主要可以通过机械法和化学法。机械法是用不锈钢丝轮打磨，用砂纸打磨或抛光法将铝合金焊丝和焊件接头表面清理干净。化学方法清除氧化膜是将脱脂去油处理的焊件放入浓度（415）%的NaOH溶液浸泡515min，进行去除氧化膜处理，再用浓度30%的HNO3溶液浸泡2min左右，进行酸化处理，然后从溶液中取出，进行干燥待焊。 3、预热焊前将焊件进行焊前预热。预热可以采用电炉加热，加热区域为焊缝两侧各80mm，预热温度控制在8095。4、惰性气体
23、保护惰性气体采用Ar+He进行保护，气体纯度分别为85%和15%。在MIG施焊过程中控制在25L/min30L/min。2.3.2 焊接方法及参数表2-3 7A52铝合金双丝焊焊接参数试验采用自动双丝MIG焊焊接，母材为7A52铝合金，焊丝直径为1.6mm，用氩气（纯度为99.99%）作保护气体，坡口形式为60度对接V型坡口，对7A52铝合金焊接接头进行焊接，第一层打底焊，第二层、第三层填充，具体焊接参数，如表2-3所示。层次焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(cm/min)气体流量(L/min)层间温度()预送气时间(s)后送气时间(s)主124022401070-805.03.0副190
24、20401070-805.03.0主224022351570-805.03.0副19220351570-805.03.0主324022351570-805.03.0副19520354570-805.03.02.3.3 焊后处理超声冲击前应先清除残渣、表面处理：1、在6080的热水中刷洗；2、放入重铬酸钾溶液中冲洗；3、再在6080的热水中洗涤；4、风干；5、机械抛光；6、人工时效，时效温度为100200，时效时间为1220 h。焊后热处理的目的就是为了改善焊接接头的组织，提高焊接接头的强度和硬度。焊接完成后，7A52铝合金焊接接头的宏观照片，如图2-6所示图2-6 7A52铝合金焊接接头宏观照
25、片2.4 超声冲击技术工艺及参数超声冲击处理时，首先对焊趾进行冲击。将含有3个冲击针的单排冲击头对准焊趾处，且冲击针排列方向沿焊缝的纵向，并保证基本垂直于焊缝，冲击时使冲击针在略大于超声冲击枪自重的条件下进行处理，基本完成后就要用单个冲击针冲击一遍，以此来保证焊趾处能形成连续均匀光滑的凹弧。对焊缝进行超声冲击处理时，冲击枪要换成面冲击头，操作方法类似于对焊趾地冲击，冲击完成的基本标准就是使整个焊缝的冲击率高于100%，不能出现漏打，少打的情况。超声冲击处理过程，如图2-7所示。图2-7 超声冲击处理过程示意图 超声冲击主要参数：选用4的冲击针7根；冲击宽度为5mm；冲击速度为0.61.2m/m
26、in；往复冲击次数为3次；激励初选电流为1.0A；摆动角度为010。超声冲击频率：17-20kHz；冲击电流：0-3.0A；振 幅：13.2-13.7m；首先对焊趾进行冲击预调冲击电流1A，因为振幅与电流是呈正相关比例的，因此只调节电流即可。2.5 金相试样的制备将疲劳试验后的两组焊接接头均制成金相试样。1、试样制备：本实验利用DK77系类电火花数控线切割机床，分别将以上两组疲劳试验后的焊接接头切割成1530mm长方形试件，图2-8为线切割前工件及线切割划线，图2-9为线切割机工作过程。图2-8 切割前工件及线切割划线图2-9 线切割机工作过程2、粗磨：试验过程中依次使用360#、500#、6
27、00#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#金相砂纸手工粗磨。为保持试样磨面平整并平行于原来的磨面，要求每道工序的磨痕与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，整个粗磨过程用力要均匀，更换砂纸时工件要旋转90度。图3.3为粗磨过程示意图。3、抛光：抛光的目的是将磨光工序留下的变形层除去，使焊缝表面更为平整从而不影响显微组织的观察。抛光分粗抛和精抛两阶段来进行，以达到变形层浅，抛光损伤小的目的。粗抛采用帆布作为粗抛布、抛光时采用标准抛光膏为金属表面去污、抛光、人工擦亮和金属表面保护的作用。精抛采用巾丝绒作为抛光布，抛光液则用清水。图3.4为抛光过程。4、金相试
28、样的腐蚀：试样经粗、精两次抛光后，还不能直接在显微镜下观察，想要对试样的组织进行显微分析，还必须对试样进行腐蚀。步骤如下：（1）、试样抛光后用清水冲洗干净；（2）、在试样上滴上氢氟酸：盐酸：硝酸：水体积分数比为1：1.5：2.5：95的溶液进行腐蚀，以试样表面颜色稍有改变为准，然后用95的乙醇洗净，并用棉签吸干表面液体，吹干后即可。2.6 疲劳性能测试疲劳试验前将焊接接头分成两类，一类不进行超声冲击技术处理，另一类接头焊趾部位都要进行超声冲击技术处理。焊接接头疲劳试样尺寸，如图2-10所示。该试验机采用计算机控制技术和脉冲调宽技术，进行常规试验参数设置、试验控制、保护设置、试验记录、数据处理和
29、曲线拟合。疲劳试验机的参数指标，如表2-4所示。载荷类型为拉拉载荷，应力循环比R=0.1，加载频率100Hz。图2-10焊接接头疲劳试样尺寸表2-6 GPS300型高频疲劳试验机参数指标表2-4 疲劳试验机的参数指标参数数值最大静负荷300kN最大单向脉动负荷300Nm最大动负荷150kN衰变倍数分档1，2，5档平均负荷示值相对误差1%交变负荷波动度0.5%FS平均负荷波动度0.5%FS频率范围80-250Hz由于焊接接头疲劳试样的外表面质量对疲劳试验结果的影响较大，所以在试样装卡前，要用电磨头将试样的表面进行打磨，直至消除疲劳试样的机加工痕迹。在装卡疲劳试样的时候，要尽量保证对称装卡，避免出
30、现与疲劳试样轴向有一定倾角的扭力矩存在，影响试验数据的准确性，消除在装卡的过程中引入人为的误差。第三章 试验结果及分析3.1 超声冲击前、后焊缝宏观变化结果采用超声冲击处理工艺对试件的焊趾部位进行超声冲击，冲击前、后的焊缝外观形态变化分别如图3-1和图3-2所示。图3-1 冲击前焊缝表面形貌图3-2 冲击后焊缝表面形貌结果表明，焊缝焊趾部位经超声冲击处理后，从外观上看在焊趾部位有明显的冲击槽，即焊趾金属表面形成了一定程度的塑性变形，且可看出冲击槽深浅较为均匀，极少存在明显的漏打、重打区域，且与未冲击焊缝相比明显焊趾处过度均匀，说明变幅杆、针状冲击能够很好的适应焊缝的形状，超声发生器输出的功率均
31、衡，所以选择的超声冲击处理的速度合理。焊缝焊趾处的外表形状较为平滑，过度均匀，可以降低应力集中系数和疲劳缺口的敏感度，从而也可以提高焊缝的综合性能。3.2 冲击前、后焊缝显微组织观察与对比分析用光学显微镜放大100倍后，比较焊接接头在超声冲击前、后金相组织的变化。分别如图3-3和图3-4所示。结果表明，经过超声冲击后，其组织变化明显。充分说明组织内部形状较为平滑，过度均匀，可以降低应力集中系数和疲劳缺口的敏感度，从而也可以提高焊接接头的综合性能。图3-3 未经处理的焊态金相图3-4 经超声冲击后的焊态金相3.3 冲击前、后焊接接头疲劳性能的分析材料的疲劳性能在实际的使用中起着很重要的因素,它直
32、接影响着工程机械在使用期限和安全因素。所以对超声冲击处理7A52铝合金焊接接头的疲劳性能进行研究是很有必要的。3.3.1 疲劳试验的数据处理表3-1 焊接接头超声冲击处理前疲劳试验结果为了分析超声冲击技术对7A52铝合金焊接接头疲劳性能的影响，本试验将焊接接头经超声冲击处理前后的试样进行疲劳性能测试。选择应力循环比为R=0.1。焊接接头超声冲击处理前后疲劳试验结果分别如表3-1和3-2所示。试件编号平均载荷F/kN交变载荷F/kN应力范围/MPa循环周次N/106次断裂位置134.7328.4110080469断焊趾230.8625.2590149652断圆弧过渡处327.6922.66801
33、29447断焊趾424.1919.7970247428断圆弧过渡处521.0617.2360293050裂焊趾617.4114.24501091820裂焊趾713.8911.36402875726裂焊趾试件编号平均载荷F/kN交变载荷F/kN应力范围/MPa循环周次N/106次断裂位置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未断617.3114.16505020032未断表3-2 焊接接头超声冲击处理后疲劳试验结果3.
34、3.2 S-N曲线分析依据表3-1和表3-2的疲劳试验数据结果，在应力循环比为R=0.1的情况下，拟合绘制双对数坐标的S-N曲线，计算拟合参数，得到的焊接接头超声冲击处理前后S-N曲线参数，如表3-3所示。结合焊接接头的断裂位置，绘制出焊接接头超声冲击处理前后S-N曲线，如图3-5所示。表3-3 焊接接头超声冲击处理前后S-N曲线参数表处理状态mCm焊态3.712.2超声冲击处理4.512.8图3-5 焊接接头超声冲击处理前后S-N曲线经过曲线拟合后，材料在不同的循环外力加载下的载荷值与疲劳循环次数N之间的关系。该曲线将整个图分为三个部分，第一部分是S-N曲线以上的区域，此区域可以认为是疲劳断
35、裂区，只要位于此区域的点，均认为该试样已经断裂；而与此相对的就是S-N曲线下面的区域，此区域可以认为是未发生疲劳断裂的区域，只要是位于该区域的试样，就认为没有发生疲劳断裂。另一部分就是疲劳S-N曲线上的点，这个曲线上的点认为是疲劳试样断裂与否的分界值，正是这些数值可以定量为焊接接头疲劳评定和设计提供有利理论基础。根据已经计算出的拟合方程及拟合出来的S-N曲线，超声冲击处理前后的7A52铝合金焊接接头在循环次数为2106时的疲劳强度分别为40.68MPa、59.67MPa，在此循环周次下的疲劳强度提升了46.7%。焊接接头超声冲击处理前后的疲劳强度结果，如表3-4所示。表3-4 焊接接头冲击处理
36、前后疲劳强度结果处理状态应力循环比疲劳强度/MPa(2106)提高效果(%)焊态0.140.6846.7超声冲击处理0.159.67由此可见，7A52铝合金双丝MIG焊接接头经过超声冲击处理后在高周疲劳周次下疲劳强度提高得非常明显。21第四章 结 论1、由焊缝表层形貌和内部组织形态可以看出：焊趾经超声冲击处理后，冲击区有明显的冲击槽，焊缝焊趾处的外表形状相比冲击前更为平滑。焊接接头疲劳强度的改善效果十分明显,表层组织更加均匀，晶粒明显细化，应力集中系数和疲劳缺口的敏感度也降低,所以疲劳性能明显得到提高。2、通过对超声冲击处理后的疲劳性能S-N拟合曲线得出, 7A52铝合金双丝MIG焊接接头在高
37、周疲劳周次下,疲劳强度明显提高。且疲劳强度提升了46.7%。参考文献1 盛永华.超声冲击对金属焊接接头组织及性能影响的研究现状J.热加工工艺,材料热处理技术.2012年第41卷第04期.2 潘复生，张丁非铝合金及应用M北京:化学工业出版社，20063 黄继武,尹志民,方家芳,聂 波,何振波. 均匀化处理对7A52铝合金组织和性能的影响J. 中南大学学报(自然科学版). 第37卷第6期2006年12月4 余进，王克鸿，徐越兰等.7A52铝合金双丝焊接头的组织与性能J.焊接学报Vo.l26，No10，October，20055 赵军军,马 琳,王卫欣,张 平.7A52铝合金的搅拌摩擦焊工艺优化J.
38、 装甲兵工程学院学报.2007年8月第21卷第4期.6 翟熙伟,陈芙蓉,毕良艳,张传臣. 7A52 铝合金电子束焊接参数及性能J.焊接学报.第33卷第8期2012年8月.7 张传臣，陈芙蓉，高云喜. 7A52铝合金单双丝焊工艺对比分析J.焊接学报.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
39、王爱民.超声冲击技术的研究与应用M科技创新与应用.2013年第2期10何柏林，余皇皇.超声冲击表面纳米化研究的发展M材料热处理技术.2010年9月.1001-3814(2010)18-0112-0411 韩靖，盛光敏，胡国雄.金属材料表面自纳米化研究现状M材料导报2007年5月第21卷专辑12 王东坡,田瑞莹,霍立兴,张玉凤,王 婷.超声冲击处理焊接接头疲劳设计若干问题的探讨J. 机械工程学报. 第42卷第11期2006年11月.13 何柏林，余皇皇.超声冲击表面纳米化研究的发展J材料热处理技术.2010年9月.201014 朱有利，李占明，韩志鑫等.超声冲击处理对2A12铝合金焊接接头表层组
40、织性能的影响J稀有金属材料与工程Vol.39，Suppl.12010年6月，June.201015 LuK, LuJNanostructured surface layer on metallic induced by surface mechanical attrition treatmentMater Sci Eng A，2004，375-377：3816 王 安, 影响焊接结构疲劳强度的主要因素研究J.机械与电子.科技信息.2011年第 5 期.17 Janosch J,Koneczny H,Debiez S,at el.Improvement offatigue strength in
41、 welded joints(in HSS and in alumini-um alloys)by ultrasonic hammer peeningJ.Welding inthe world,1996,37(2):7283.18 王东坡.改善焊接接头疲劳强度超声冲击方法实验装置的研制D.天津大学,1997.19霍立兴,张玉凤等.提高焊接接头疲劳强度的超声冲击法J.焊接学报,1999,20(3):158-163.谢 辞辽阔的大草原，养育着我们这样一班莘莘学子。转眼间，我已经在美丽的内蒙古工业大学度过了三个年头。在这三年里，是我人生中非常重要的一段旅程，我有幸能够接触到这些不仅传授我知识、学问，
42、而且从更高层次指导我的人生与价值追求的良师。他们使我坚定了人生的方向，获得了追求的动力，留下了大学生活的美好回忆。在此，我真诚地向我尊敬的老师们和母校表达我深深的谢意！这篇论文是在我的导师*教授的多次指导下完成的。从论文的选题到结构安排，从内容到文字润饰，都凝聚了她他大量的心血。在这篇论文的写作过程中，*老师不辞辛劳，多次与我就论文中许多核心问题作深入细致地探讨，给我提出切实可行的指导性建议，并细心全面地修改了我的论文。*老师这种一丝不苟的负责精神，使我深受感动。更重要的是*老师在指导我的论文的过程中，始终践行着“授人以鱼，不如授之以渔的原则。他常教导我要志存高远，严格遵守学术道德和学术规范，
43、为以后的继续深造打好坚实的基础。在此，请允许我向尊敬的*老师表示真挚的谢意！在这里，还要特别感谢*学长。在论文确定题目和搜集素材阶段，*学长同样给了我很多非常有用的意见，并且给了我许多珍贵的参考文献，为我论文的编写提供了非常大的便利。在试验过程中更是耐心传授自己的心得，为我们顺利完成实验提供的非常大的帮助。在以后的修改中*学长同样给了我很多指导，对我完善自己的论文提供了很大的帮助。在此，我向*学长表示衷心的感谢！最后向参加论文评阅和论文答辩的各位老师、教授表示衷心的感谢！这篇论文的撰写过程也是我学习提高能力的过程，但因水平有限，差错在所难免，恳请各位老师和读者不吝指正，以期改进。好在以后的工作中更好的发挥我的作用。再次感谢为我们默默地无私奉献自己的各位老师和给予我帮助的各位学长，你们辛苦了！并由衷的祝愿母校的明天更加美好！