隨焊超聲沖擊設(shè)備的研制及超聲沖擊作用機理研究.pdf

1、本課題首次提出將超聲沖擊隨焊周期性作用于焊縫的基本方法，將超聲能量引入焊接熔池，研究超聲作用于焊接熔池對組織與結(jié)晶、氣孔行為等的影響，闡明超聲空化作用、聲流效應(yīng)、機械作用和熱作用改善焊接接頭組織性能的作用機理，以期解決鋁合金熔焊過程中的焊接問題。
　　首先，通過分析超聲沖擊系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，結(jié)合實際需要，設(shè)計計算得出換能器各組成部分的基本尺寸，采用ANSYS有限元軟件模擬優(yōu)化換能器與變幅桿尺寸，并對超聲沖擊系統(tǒng)的動態(tài)性能進行了相關(guān)測

2、試。測試結(jié)果表明，設(shè)計的超聲沖擊系統(tǒng)能夠滿足使用要求。
　　隨后使用研制的隨焊超聲沖擊設(shè)備焊接板厚為5mm的2A14鋁合金，通過與常規(guī)TIG焊焊縫成形、微觀組織、力學(xué)性能的對比分析，探討超聲沖擊作用效果。試驗結(jié)果表明：施加超聲沖擊后，焊縫正面出現(xiàn)明顯魚鱗紋，焊縫內(nèi)部存在周期性結(jié)晶過程；熔合區(qū)粗大的柱狀晶組織被細小的等軸晶組織取代，焊縫內(nèi)等軸晶組織細化；施加超聲沖擊獲得的焊接接頭熔合區(qū)附近的組織的變化促進了硬度值的提升，使熔合區(qū)不再

3、是接頭最薄弱的環(huán)節(jié)；施加超聲沖擊的接頭斷口主要為韌性斷裂與脆性斷裂混合斷裂模式，裂紋起始于焊縫內(nèi)部的等軸晶區(qū)，并在柱狀晶晶界沿晶開裂；熔合區(qū)及焊縫內(nèi)共晶組織及第二相在超聲波空化作用下被“擊碎”，彌散的分布在α(Al)相基體上。
　　最后本文利用超聲波相關(guān)理論初步探討隨焊超聲沖擊對熔池凝固過程中的組織結(jié)晶及氣孔行為的作用機理。分析表明，超聲沖擊后接頭組織細化的機理主要利用其空化作用產(chǎn)生的過冷形核、破碎枝晶的效果提高形核率，抑制晶粒長