超声冲击对含缺陷焊接接头疲劳性能的影响

摘要

在焊接结构中，焊接缺陷可能成为整个结构安全使用的隐患。本文针对搅拌摩擦焊和变极性TIG焊工艺，对超声冲击改善其含缺陷焊接接头的疲劳性能进行了研究。
　　 对7075－T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头经过超声冲击处理后的疲劳性能对比研究中发现，超声冲击能够改善整体接头的疲劳性能，在应力比R=0.1的情况下，焊缝经过超声冲击后，疲劳强度提高约57.7％，在应力比R=0.5的情况下，焊缝疲劳强度提高约37.9％。分析发现，经过超声冲击后，接头表面组织得到细化，显微硬度得到提高，并在表面及其一定深度范围内形成压缩应力。
　　 为了更好的阐述超声冲击对焊接接头的作用，通过调整变极性TIG焊接工艺，来制造焊接缺陷(未焊透)，并进行了超声冲击处理前后的对比试验，试验是在应力比R=0.1，△σ=50MPa情况下进行的，试验结果表面：经过超声冲击处理后，含缺陷接头的疲劳性能得到大幅提高。
　　 对试验用材料5A06－H112进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率试验，试验表明：R=0.1时疲劳裂纹扩展速率Paris表达式中参数m=3.50、C=4.8×10-8(50％的存活率)；R=0.5疲劳裂纹扩展速率Paris表达式中参数m=4.03、C=2.8×10-8(50％的存活率)；在载荷比R1=3疲劳裂纹扩展速率Paris表达式中参数m=11.8、C=3.58E-22(50％的存活率)；在载荷比R1=∞疲劳裂纹扩展速率Paris表达式中参数m=4.14、C=8.01E-13(50％的存活率)。
　　 通过对未焊透缺陷焊接接头的疲劳性能及应力分布的测试发现，超声冲击是通过调节缺陷尖端的应力R来影响裂纹扩展，进而达到提高疲劳性能的目的。利用试验所得材料常数m和C的值，来预测超声冲击后试件的寿命，发现与实际符合的很好。