超声喷丸强化搅拌摩擦焊接接头性能

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1、超声喷丸强化搅拌摩擦焊接接头性能PropertiesofFrictionStirWeldingJointbyUltrasonicShotPeening北京航空制造工程研究所张新华曾元松天津大学材料科学与工程学院王东坡【摘要】采用超声喷丸焊后处理工艺分别对7075一T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接接头进行了处理，并与其原始状态进行了疲劳对比试验。对比疲劳性能试验结果证明该处理技术可用于提高7075一T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接焊接接头试件的疲劳性能。关键词：超声喷丸7075一T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳性能IABST

2、RACT】Theprocessingofhardeningel-fectivenessbyultrasonicshotpeeningisusedtodealwithbasemetalsof7075-T651aluminumalloyandjointoffrictionstirwelding，andisthencomparedwithitsoriginalconditioninfatiguecomparativetest．Theresultofthetestoffatiguepropertyshowsthatultrasonicsh

3、otpeeningisavailableforimprovingthefatiguepropertyofbasemetalsof7075一T651aluminumalloyandspecimenoffrictionstirweldingjoint．Keywords：Ultrasonicshotpeening7075-T651aluminumalloyJointoffrictionstirweldingFatigueproperty7075一T651是Al—Zn—Mg—Cu系超硬铝，具有高的比强度和比刚度、较好的耐腐蚀性和较高的韧性

4、等优点，是航空、航天、兵器、交通运输等行业最重要的结构材料之一。该材料常用于飞机结构件及其他要求强度高的高应力结构件中，充分展示了其在航空航天工业广阔的应用前景[1-3]。搅拌摩擦焊(FSW)H是英国焊接研究所针对焊接性差的铝合金发明的一种固相连接新工艺，具有连接温度低、焊后残余应力小、接头性能高等一系列优点蹲】。近年来，航天、军工和汽车等行业对熔焊性差的高强铝合金等特殊材料的需求量不断增加，推动了搅拌摩擦焊接技术的发展。超声喷丸(USSP)是一种较新的材料表面改性方法。其与普通喷丸的主要区别在于弹丸是从各方向以超声频撞击已被固定

5、的材料表面的。由于其引人材料内部的能变较大，常用于实现材料表面纳米化，降低氮化温度等用途。该方法具有实施方便、效果显著、适应面广、消耗低等多种优势，在飞机、坦克、汽车和各种机械设备的齿轮、轴承、焊接件、弹簧、涡轮盘、叶片及模具、切削工具等的表面清理和提高使用寿命与防腐能力方面发挥了重要的作用，取得了令人满意的效果1¨0】。本课题将超声喷丸方法应用于7075一T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接接头，着重研究超声喷丸技术对于7075一T651铝合金疲劳性能的影响。l试验材料及方法1．1试验材料试验用7075一T651铝合金化学成分及机

6、械性能指标见表l、2，母材及搅拌摩擦焊试验件由中国搅拌摩擦焊中心提供，接头疲劳试件尺寸如图l、2所示。表17075一T651铝合金化学成分w／％表27075一T651铝合金机械性能参数图1母材疲劳试件几何形状与尺寸Fig．1Geometricformanddemissionofthebasemetalfatiguespecimen2010年第1期·航空制造技术87图2搅拌摩擦焊接头疲劳试件几何形状与尺寸Fig．2Geometricformanddemissionoffrictionstirweldingjointoffatigue

7、specimen1．2超声喷丸处理工艺采用超声喷丸机对7075一T651铝合金试件进行处理，加工参数如表3所示。表37075一T651铝合金超声喷丸强化参数疲劳试验在200kN高频疲劳试验机上进行，试验机静载精度满量程为土0．5％，动载振幅波动度满量程为±l％。施加载荷情况：载荷类型均为拉伸载荷，采用的应力比为R=0．1。2试验结果与讨论2．1疲劳试验数据的统计方法根据国际焊接学会(IIW)的有关文件“一1，采用如下统计方法对各种焊接接头的相应疲劳试验数据进行处理，该统计处理方法的特点如下：假设疲劳试验结果符合对数正态分布，用具有

8、相表47075一T651超声喷丸前后母材试件疲劳试验结果(R=0．1)88航空制造技术·2010年第1期同斜率m，且分别对应K倍正负标准差的两条标称．洲曲线形成数据分散带。使试验数据在某一置信度下以一定概率落在此分散带内。其中K为与试验数据数量落在