超聲攪拌復合焊接振動系統(tǒng)設計及超聲波作用效應研究.pdf

1、分類號UDC——碩士學位論文超聲攪拌復合焊接振動系統(tǒng)設計及超聲波作用效應研究BuildingofUltrasonicStirCompoundWeldingSystemandStudyonUltrasonicEffect作者姓名：學科專業(yè)：彭建紅機械工程學院(系所)：機電工程學院指導教師：賀地求教授論文答辯日期皇竺墜!』答辯委員會主席中南大學2012年5月摘要超聲攪拌復合焊接是在攪拌摩擦焊接的基礎上，附加一個超聲頻縱向振動，利用超聲波的強

2、振動效應，改變金屬的塑性流動行為，為改善焊縫質量提供了外加能場調控途徑。現(xiàn)有研究表明，超聲攪拌復合焊接中超聲振動的導入對焊接產生了積極的效果，超聲攪拌復合焊接的焊縫平均拉伸強度提高，焊縫晶粒得到細化。焊縫金屬活性加強，流動性提高，焊縫質量穩(wěn)定性較普通攪拌摩擦焊接有了明顯的提升。為了進一步研究超聲振動系統(tǒng)對焊接的影響和作用效應。本文根據(jù)任意變截面桿的波動方程及振動系統(tǒng)的設計原理，建立了符合超聲攪拌復合焊接工藝的超聲換能器和變幅桿的數(shù)值模型

3、，在此基礎上對15KHz和25KHz超聲振動系統(tǒng)的換能器、變幅桿等主要結構進行了設計，然后在ANSYS有限元分析軟件中建立了超聲振動系統(tǒng)有限元模型，通過模態(tài)分析得出振動系統(tǒng)的主要動態(tài)性能參數(shù)。應用阻抗分析儀和振幅測量儀測量了超聲振動系統(tǒng)的縱向諧振頻率、位移振幅等主要性能參數(shù)。通過對厚度為27mm的2519A鋁合金進行超聲攪拌復合焊接實驗，在實驗基礎上探討與分析超聲攪拌復合焊中超聲波的助焊效應與作用機制。通過殘余應力測試、缺陷檢測、力學性

4、能、金相組織比較分析，實驗結果表明，超聲攪拌復合焊的焊縫殘余應力比攪拌摩擦焊低，同時還發(fā)現(xiàn)焊縫殘余應力最大值都出現(xiàn)在焊縫起始段，而最小值都出現(xiàn)在焊縫終焊段；缺陷檢測表明，超聲攪拌復合焊對焊縫缺陷有明顯改善，缺陷率下降；拉伸試驗表明，超聲攪拌復合焊接焊縫強度值比較均勻，焊縫強度更加穩(wěn)定，而攪拌摩擦焊最低抗拉強度遠小于平均抗拉強度，強度波動值很大。金相組織顯示，超聲攪拌復合焊接焊縫熱影響區(qū)及熱機影響區(qū)范圍更小，焊核區(qū)晶粒更細小、均勻。通過對