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作者：马冉山东大学

学位级别：硕士

残余应力以及变形对工件的使用性能和寿命有很大的影响,如何消除焊接残余应力以及变形一直是焊接领域中研究的热点。超声冲击技术消除焊接残余应力及变形在近年来得到了广泛的应用,本文在原有超声冲击的基础上结合随焊锤击消除应力的原... 详细信息

残余应力以及变形对工件的使用性能和寿命有很大的影响,如何消除焊接残余应力以及变形一直是焊接领域中研究的热点。超声冲击技术消除焊接残余应力及变形在近年来得到了广泛的应用,本文在原有超声冲击的基础上结合随焊锤击消除应力的原理提出了正面随焊超声冲击的方法,并通过施加力载荷的方式实现了该方法的数值模拟,研究结果对于揭示正面随焊超声冲击的机理,促进其应用具有重要的意义。本文提出了以力载荷作为加载载荷的超声冲击数值计算方法,编写了与热源随动的力载荷函数,力载荷的大小、移动速度及与热源的距离等因素均可进行调整。这种载荷可以很方便地改变加载的频率,更贴合随焊超声冲击的本质。实验结果表明这种方法是有效可行的。对无应力板进行了超声冲击模拟计算,得到了冲击过程中应力及变形的变化规律及冲击完成后应力与变形的分布。冲击过程中,冲击区域的应力不断降低,宏观变形程度不断增加,当力载荷远离后,应力及变形均发生了一定程度的回复。整个冲击过程完成后,在工件表面,沿力载荷移动轨迹产生了塑性变形,形成了一定的凹陷。探究了冲击温度、冲击位置及冲击频率对残余应力消除效果的影响,计算结果表明,随焊超声冲击的应力消除效果并不是随温度单调变化的,在可进行冲击的温度范围内,存在某一温度能使得冲击效果到达最佳;当超声冲击位置改变时,最大压应力总是出现在冲击区域,在其余工艺条件相同的情况下,超声冲击位置处于焊趾时的应力消除效果比焊缝进行冲击时整体的应力状态更好;冲击频率对应力消除效果也有较大的影响。在实际的生产中若能有效的利用有限元计算的结果,再结合少量的实验即可有效的实现工艺参数的优化。

关键词：随焊超声冲击力载荷工艺参数残余应力

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随焊超声冲击设备的研制及超声冲击作用机理研究

随焊超声冲击设备的研制及超声冲击作用机理研究

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作者：曲宏韬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本课题首次提出将超声冲击随焊周期性作用于焊缝的基本方法，将超声能量引入焊接熔池，研究超声作用于焊接熔池对组织与结晶、气孔行为等的影响，阐明超声空化作用、声流效应、机械作用和热作用改善焊接接头组织性能的作用机理，以期解... 详细信息

本课题首次提出将超声冲击随焊周期性作用于焊缝的基本方法，将超声能量引入焊接熔池，研究超声作用于焊接熔池对组织与结晶、气孔行为等的影响，阐明超声空化作用、声流效应、机械作用和热作用改善焊接接头组织性能的作用机理，以期解决铝合金熔焊过程中的焊接问题。首先，通过分析超声冲击系统的组成结构，结合实际需要，设计计算得出换能器各组成部分的基本尺寸，采用ANSYS有限元软件模拟优化换能器与变幅杆尺寸，并对超声冲击系统的动态性能进行了相关测试。测试结果表明，设计的超声冲击系统能够满足使用要求。随后使用研制的随焊超声冲击设备焊接板厚为5mm的2A14铝合金，通过与常规TIG焊焊缝成形、微观组织、力学性能的对比分析，探讨超声冲击作用效果。试验结果表明：施加超声冲击后，焊缝正面出现明显鱼鳞纹，焊缝内部存在周期性结晶过程;熔合区粗大的柱状晶组织被细小的等轴晶组织取代，焊缝内等轴晶组织细化;施加超声冲击获得的焊接接头熔合区附近的组织的变化促进了硬度值的提升，使熔合区不再是接头最薄弱的环节;施加超声冲击的接头断口主要为韧性断裂与脆性断裂混合断裂模式，裂纹起始于焊缝内部的等轴晶区，并在柱状晶晶界沿晶开裂;熔合区及焊缝内共晶组织及第二相在超声波空化作用下被“击碎”，弥散的分布在α(Al)相基体上。最后本文利用超声波相关理论初步探讨随焊超声冲击对熔池凝固过程中的组织结晶及气孔行为的作用机理。分析表明，超声冲击后接头组织细化的机理主要利用其空化作用产生的过冷形核、破碎枝晶的效果提高形核率，抑制晶粒长大，细化接头组织;超声波空化作用促进气泡快速长大并上浮，并且能够一定程度上提高其上浮速率。但在焊接过程中超声冲击作用会改变熔池的流动特性，使得气泡上浮方向及距离受到影响，不利于焊缝中气孔的消除。

关键词：随焊超声冲击 TIG焊铝合金组织气孔行为空化作用

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铝合金随焊超声冲击焊缝组织改变及影响机理研究

铝合金随焊超声冲击焊缝组织改变及影响机理研究

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作者：葛洪亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随焊超声冲击焊接方法是基于课题组超声TIG复合焊接方法改进而来的焊接方法。本课题在以往研究的基础上,着重探究超声加入对焊接组织细化行为、气孔行为的影响规律及其作用机理。对在已有随焊超声冲击系统基础上,换用可以在试板上连续... 详细信息

随焊超声冲击焊接方法是基于课题组超声TIG复合焊接方法改进而来的焊接方法。本课题在以往研究的基础上,着重探究超声加入对焊接组织细化行为、气孔行为的影响规律及其作用机理。对在已有随焊超声冲击系统基础上,换用可以在试板上连续滚动的变幅杆,对该系统进行改进。对于超声促进异质形核作用的研究,主要通过对2mm厚铝锂合金和纯铝的连续焊和定点焊方式进行试验。在电弧点燃时施加超声,铝锂合金定点焊焊点内出现大量细小等轴晶,取代了柱状晶。而纯铝定点焊试验中则没有出现晶粒细化现象。在纯铝定点焊熔池中添加氧化铝粉末时,焊点组织出现大量等轴晶。试验结果表明,超声具有促进第二相异质形核作用,这是通过空化、声流等作用,改善了熔体对第二相质点的润湿以及提高了熔体的熔点而实现的。在此基础上进行超声打碎晶粒试验研究。利用纯铝不产生异质形核作用而细化组织的特点,在纯铝定点焊电弧熄弧后施加超声,出现了晶粒被超声扭曲、打碎的现象。其中,熔合线附近的柱状晶被声流作用产生的弯曲应力冲击,产生变形,空化作用使其变形增加甚至断裂。焊点中心区,晶粒组织受到空化作用的影响,明显细化,平均晶粒尺寸由无超声时75μm减小到40μm左右。晶粒的形状因子增大,形状因子小于0.6晶粒所占比例由60%下降到20%到30%。超声促进异质形核作用与超声功率有关,而打碎晶粒作用与晶粒所在的位置有关。两者存在相互影响、制约的关系。焊缝中心处,打碎晶粒作用的产生有助于促进形核作用的产生。形核作用产生后反过来限制了打碎晶粒作用,两者总体效果是使晶粒组织更加细化。最后进行了超声对气孔行为的影响研究。加入超声后,焊缝中的总气孔率下降了30.4%到60.8%,而焊接速度由200mm/min降低至100mm/min时气孔率下降了13%。气孔率随超声功率的增加呈现出先降低后升高的趋势。此外超声区的气孔大小也产生了变化,气孔尺寸和气孔率规律相同。利用点式激光测振仪对熔池中振动进行测量,结果表明,超声功率的增加使熔池中超声空化程度增加。综合这些结果,分析得出超声对气孔行为的影响机理。在功率较小时,瞬态空化产生气核,有助于气泡产生、长大以及上浮逸出,当功率较大,空化作用太剧烈,产生气泡过多,部分气泡来不及逸出。故产孔率随超声功率增加呈现出先降低而后升高的变化趋势。

关键词：随焊超声冲击形核打碎晶粒气孔行为超声作用机理

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超声冲击作用下铝合金层片结构焊缝成形及性能

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中国有色金属学报 2023年第8期33卷 2441-2455页

作者：陈琪昊王程程谢志宇毛欣宇林三宝江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212100 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

本文以7A04高强铝合金为焊接对象,在钨极惰性气体保护焊过程中利用超声工具头对焊缝两侧母材进行超声冲击,构建了一种类柱状晶与等轴晶交替分布的层片结构焊缝,探究了焊缝成形、微观组织及性能的变化规律。结果表明:低频机械冲击对焊接... 详细信息

本文以7A04高强铝合金为焊接对象,在钨极惰性气体保护焊过程中利用超声工具头对焊缝两侧母材进行超声冲击,构建了一种类柱状晶与等轴晶交替分布的层片结构焊缝,探究了焊缝成形、微观组织及性能的变化规律。结果表明:低频机械冲击对焊接具有不利影响,焊缝熔宽和熔深减小,焊缝晶粒粗化且第二相沿冲击方向呈局部不均匀分布特征,接头强度和塑性下降。在低频机械冲击基础上耦合周期超声能量后,断后伸长率从2.57%增大到4.18%,抗拉强度从259.65 MPa增大到351.51 MPa,焊缝熔宽和熔深增大;当超声振幅为22.8μm时,焊缝晶粒细化程度最大;焊缝第二相呈细小弥散状分布,但周期超声能量作用增大了焊缝的熔合比,导致焊缝耐腐蚀性能下降。

关键词： 7A04铝合金电弧随焊超声冲击层片结构强韧化

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