【《7075铝合金焊接接头超声喷丸实验探究案例》3300字】

7075铝合金焊接接头超声喷丸实验探究案例目录TOC\o"1-3"\h\u17937075铝合金焊接接头超声喷丸实验探究案例 195601.1实验材料 1265411.2实验设备 250741.1.1焊接设备 252211.1.2超声喷丸装置 2103261.37075铝合金焊接实验 3321131.4焊缝超声喷丸实验 355151.5金相式件的制备与观察 4267341.6金相结果分析 4148141.7各种参数对焊缝细晶层的影响 5215631.7.1喷丸时间对试件细晶层的影响 5210701.7.2丸粒直径对试件细晶层的影响 7176701.7.3超声振幅对试件细晶层的影响 8268101.7.4丸距离对试件细晶层的影响 81.1实验材料7075铝合金铸钢是一种属于7系列的铝合金,是一种经过高温冷处理的高温锻造和耐热挤压加工成型的金属合金。常用于航空航天等力学性能要求高的地方。Zn元素是7075中主要元素,加入该元素有利于提高铝合金的硬度。实验材料我们用2mm厚的7075铝合金进行焊接，由于AI的化学性质活泼，易于空气反应，而激光焊对焊接环境要求高，在进行焊接之前必须清理铝合金表面杂质。本实验选用铝合金元素成分表2-17075铝合金元素含量参数(Wt%)AlZnMgCuFeSi其他余量6.11.91.00.50.40.31.2实验设备1.1.1焊接设备此次技术试验中所需要采用的衍射激光器为iiipgyls-10000型系列光纤衍射激光器该激光器的焊接功率非常高，它的焊接功率可以达10KW，10KW是该激光器的最高输出功率，激光器的输出波长在1025~1080nm之间浮动，为了使激光器的焊接更加精确该激光器还配备了精度高的机器人系统。1.1.2超声喷丸装置超声喷丸设备主要包括两方面，超声施震装置和工作部分。超声波和施震检测设备主要产品包括大型超声波信号发生器、换能器、变幅杆以及减震工具箱等接口。超声波信号发生器的工作功能主要是将一个电的交流电谐波信号将其转换成成为一个超声频次的交流电波或震荡谐波信号,然后把这个交流电称为震荡波的信号通过传递声波给电转换能器将之变换转为一个超声频次的交流电信号,最后再通过转换能器为声波形成一种机械性质的震动波并传递信号给电的变幅杆[16]。工具头和变幅杆以相同频率和振幅作用喷丸，工作部分包括喷丸室、丸粒以及物体夹紧装置。丸粒直径分别有1-5mm五种规格，可根据物件实际厚度进行选择，其他喷丸时间、距离超声振幅可以通过操作界面进行调动，夹紧装置是通过手动夹紧，需要施加一定的夹紧力，防止喷丸过程中装置松动，对喷丸结果产生影响。图2-2超声施振装置1.37075铝合金焊接实验激光焊接实验：本次实验设备是自动激光焊机，铝合金焊接之前必须用砂纸打磨，铝合金易于空气反应，砂纸打磨能有效去除表面氧化膜，之后用酒精或丙酮清理打，再及时进行焊接。将打磨完毕铝合金板用专用夹具以对接方式固定，固定之后必须清理工作台其他杂物，避免其他因素对实验产生影响。焊接前调试设备，编译我们所需要的直线程序，然后进行焊接。实验铝合金为2mm厚，根据铝合金的材质及厚度选择激光焊参数：保护气体量为15L/min，离焦量为3mm，焊接速度为0.05m/min，功率2300W1.4焊缝超声喷丸实验在进行超声喷丸实验之前，由于喷丸设备对实验材料尺寸及厚度的要求，将对接材料夹装进行线切割切成直径为60mm的小圆，根据超声喷丸的各种参数设置了十组对照，1-5组实验喷丸时间逐渐增加，研究喷丸时间对焊接组织性能的影响。2、6、7三组实验，丸粒直径分别为2mm、4mm、3mm，逐渐增加丸粒直径，三组实验形成对照，研究丸粒直径对焊缝的影响。8、9、10三组实验其他喷丸参数均相同，逐渐增加喷丸距离，研究喷丸距离对焊缝组织性能的影响。7、8组实验喷丸时间、喷丸距离、丸粒直径都相同，超声振幅分别为40μm、50μm，十组实验之间相互形成对照。如表2-3所示，各参数对照情况。表2-3喷丸参数对照图序号喷丸时间/s丸粒直径/mm喷丸距离/mm超声振幅/μm1502204021002204032002204044002204058002204061004204071003204081003205091003255010100330501.5金相式件的制备与观察金相试件制备流程：（1）以焊缝为中线，切割大约1cm2正方形小物体作为实验材料）将实验材料放置在圆形橡胶软膜中心，将配置好的镶嵌液倒入其中，放置通风处，待其凝固变硬（凝固液按催化剂：固化液：环氧树脂乙二胺1:1:30配置）（2）分别用400#、800#、1200#、2000#、3000#砂纸朝单一方向进行研磨，手法逐渐变轻直至无肉眼可见明显划痕为止（3)将研磨好的金相件在金相抛光机上加抛光机上进行抛光，直至呈现镜面光泽（4）用腐蚀液腐蚀15秒，立刻用酒精清洗并烘干，腐蚀液按HF:HCL:HNO3:H2O-1：1.5:1.5:95进行配置1.6金相结果分析图2-4一号件焊缝微观组织图2-4是一号件焊缝经喷丸时间50S、丸粒直径2mm、喷丸距离20mm、超声振幅40μm经腐蚀过后在金相显微镜下观察得到的表层显微组织。由分析结果可知，上层喷丸面晶粒大小明显区别与下层未喷丸的焊缝晶粒。根据喷丸处理后试件晶粒尺寸的变化，从表面到底部我们可分为细化区、过渡区、原始区。从细化区到原始曲晶粒逐渐变大，微观组织发生明显变化。由此可知，喷丸处理有利于晶粒细化。晶粒大小对金属的力学性能有很大影响，常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，同时塑性和韧性越好。但是不同环境对材料性能要求不同，晶粒细小可能会弱化材料的某一项性能，如何获得最佳材料性能需要不断地从实验总结得出。在喷丸过程中工具头产生的机械能传递到喷丸[17]，使喷丸剧烈高速的运动，喷丸的无规律运动使喷丸撞击到焊缝表面，由于本实验喷丸时间较短，并未在焊缝表面留下明显的喷丸痕迹。喷丸不停地撞击焊缝表面会使得表层晶粒产生位错，使焊缝表层产生塑性变形。随着塑性变形的逐渐积累，会在焊缝表面形成明显的变形层。1.7各种参数对焊缝细晶层的影响1.7.1喷丸时间对试件细晶层的影响在喷丸距离为20mm、丸粒直径2mm、超声振幅40μm均相同情况下我们改变，喷丸时间不同。1-5组时间依次为50s、100s、200s、400s、800s，通过改变时间参数，通过观察金相图探究喷丸时间对焊缝细晶层的影响。(a)1#(b)2#(c)3#(d)4#(e)5#图2-5不同时间喷丸下焊缝金相图通过分析金相显微镜下放大200倍晶粒显微组织。通过观察细化情况可知，随着喷丸时间增加细晶层厚度明显增加，喷丸时间由50s-100s细晶层厚度增加最为明显，往后细晶层增加速率有明显下降。说明喷丸时间和细晶层厚度并不是成正比，喷丸形成的细晶层有利于增加材料表面硬度，喷丸过程前期细晶层较薄对喷丸能量传递阻碍小喷丸速率远高于后期。随著喷丸持续材料朔性变形能力会减弱。喷丸时间越长，丸粒与焊缝碰撞次数增多，传递能量自然增加，大量应力使焊缝晶粒发生位错，不断的位错及应力使得晶粒纳米化[18]，材料表面形成变形层。1.7.2丸粒直径对试件细晶层的影响在2、6、7进行喷丸时，其他参数保持相同喷丸时间100s、喷问距离20mm、超声振幅40μm，丸粒直径依次为2mm、4mm、3mm。观察焊缝的显微组织，分析丸粒直径对焊缝细晶层的影响。(a)2#（b）6#（c）7#图2-6不同丸粒直径焊缝金相图通过观察金相显微镜物镜200下焊缝金相显微组织，分析丸粒直径与焊缝变形层厚度关系。通过观察得知当丸粒直径为2mm时细晶层厚度最低，丸粒直径4mm时细晶层厚度最高，说明增加丸粒直径有利于细晶层的形成。当增加丸粒直径时丸粒质量也随之增大，丸粒就具有更大的动能，当更大动能的丸粒去撞击焊缝表面，晶粒位错更明显，大量应力集中，焊缝表面塑性变形明显，形成了更厚的变形层。所以随着焊缝直径的增加，焊缝表面变形层也会随之增加。1.7.3超声振幅对试件细晶层的影响在7、8组实验中，喷丸时间100s、丸粒直径3mm、喷丸距离20mm三个参数均相同，超声振幅分别为40μm和50μm。探究超声振幅对焊缝晶粒组织的影响。(a)7#(b)8#图2-7不同超声喷丸下焊缝金相图相同实验环境，仅改变超声振幅，观察焊缝在金相显微镜下放大200倍，可以看到焊缝表层细晶层有明显区别，振幅为50um细晶层厚度大于振幅为40um细晶层厚度。相同实验条件下，增加振幅，工具头获得能量也更大，传递给喷丸的动能也就更多，当喷丸以更大的速度撞击到焊缝表面，焊缝塑性变形明显，细晶层厚度也更厚1.7.4丸距离对试件细晶层的影响在8、9、10三组对照实验中，喷丸时间为100s、丸粒直径为3mm、超声振幅为50μm，喷丸距离分别为20mm、25mm、30mm，通过观察显微下焊缝金相显微组织，分析喷丸距离对焊缝变形层的影响。(a)8#(b)9#(c)10#图2-8喷丸距离对金相影响图由图2-8观察可知，随