超聲沖擊工藝對鈦合金焊接接頭性能的影響

鈦合金具有強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、飛機(jī)隔熱板等部件的制造。目前航空鈦合金*件中焊接結(jié)構(gòu)的使用較為廣泛，針對焊接接頭性能改善的研究越來越多。超聲沖擊是一種提高焊接結(jié)構(gòu)性能的的有效方法，該方法利用超聲波振動驅(qū)動沖擊頭高速撞擊金屬表面，使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而起到強(qiáng)化焊縫的作用。基于超聲沖擊的作用機(jī)理，對超聲沖擊處理后焊縫處粗糙度、殘余應(yīng)力分布、疲勞性能、耐腐蝕性能以及微觀組織等方面的改變進(jìn)行了分析研究。

對鈦合金的激光焊接過程及超聲沖擊過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，獲得了超聲沖擊處理后焊縫處的三向殘余應(yīng)力分布規(guī)律。通過比較沿焊縫方向上的節(jié)點(diǎn)超聲沖擊前后的應(yīng)力情況發(fā)現(xiàn)：JH超聲沖擊處理設(shè)備能夠有效降低焊縫的殘余應(yīng)力水平，將焊后的高值殘余拉應(yīng)力完全消除，并在焊縫處形成有益的殘余壓應(yīng)力場。

基于模擬仿真結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)工藝試驗(yàn)研究。針對現(xiàn)有超聲沖擊裝置進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的氣動滑臺裝置，調(diào)節(jié)裝置以不同大小預(yù)壓力對焊縫進(jìn)行全覆蓋沖擊，對沖擊后的焊縫進(jìn)行性能測試，得到如下規(guī)律：超聲沖擊處理之后的焊縫表面粗糙度降低，且隨著預(yù)壓力的*大粗糙度數(shù)值先下降后趨于穩(wěn)定；焊后未經(jīng)超聲沖擊處理的焊縫處分布著高值殘余拉應(yīng)力，經(jīng)超聲沖擊處理之后，焊縫處的殘余應(yīng)力大幅度下降甚至轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，且隨著預(yù)壓力的增加產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力幅值*大，但當(dāng)預(yù)壓力達(dá)到60N后，殘余應(yīng)力幅值將趨于穩(wěn)定；超聲沖擊處理之后的焊縫顯微硬度隨著預(yù)壓力的*大而*大。