鋁合金攪拌摩擦焊接頭超聲信號特征與質(zhì)量評價方法.pdf

1、攪拌摩擦焊工藝（Friction Stir Welding，F(xiàn)SW）發(fā)明至今，在經(jīng)歷了從實驗室研究到實際工業(yè)應用到大規(guī)模生產(chǎn)制造的成功過渡后，目前已經(jīng)發(fā)展成為在鋁合金結構制造業(yè)中應用廣泛的成熟技術。盡管這項技術在航空航天、艦船、高速軌道客車等領域有了諸多成功應用的典型范例，然而，由于FSW接頭質(zhì)量的無損檢測技術進展比較緩慢，評價標準與方法相對落后，在一定程度上影響了該項技術進一步應用。針對這一問題，本文以超聲檢測技術為基礎，探討了FSW

2、接頭內(nèi)部缺陷的無損檢測工藝以及影響檢測精度的因素、接頭內(nèi)部微觀組織變化的無損表征方法以及接頭抗拉強度無損預測方法。
　　通過控制焊接工藝參數(shù)，獲得了帶有典型缺陷和完好的2219-T6鋁合金FSW接頭。針對FSW工藝最容易出現(xiàn)的兩種典型缺陷：隧道型孔洞和緊貼型根部未焊合，探討了超聲波的檢測頻率、入射角度對缺陷檢出能力的影響。分別采用超聲波相控陣以及常規(guī)水浸聚焦C掃描方法對FSW接頭進行了檢測，討論了兩種方法對FSW接頭微小缺陷的檢測

3、能力。研究了FSW接頭特有的周期性粗糙表面對超聲的衍射作用，并嘗試從理論上解釋其物理機制。使用水浸聚焦 C掃描方法對不同表面狀態(tài)下FSW接頭中的缺陷進行了檢測，證明了周期性粗糙表面是影響攪拌摩擦焊接頭內(nèi)部微小缺陷檢出能力的關鍵因素。
　　從晶粒尺寸、第二相分布、硬度分布等方面分析了 FSW接頭不同位置微觀組織的變化，同時測試了FSW接頭不同位置的超聲波特征量（包括聲速和衰減系數(shù)）的分布并分析了它們與接頭微觀組織的聯(lián)系，揭示了超聲波

4、特征量的變化與接頭的微觀組織變化之間的相關性。相對于聲速變化，衰減系數(shù)相關性更高。根據(jù)接頭不同區(qū)域超聲相對衰減系數(shù)的差異，對 FSW接頭進行了定量劃分，劃分得到的各部分區(qū)域分別對應于接頭的母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊核區(qū)。以焊核區(qū)為例，考慮到晶粒散射、第二相質(zhì)點散射作用，以微觀結構尺寸為橋梁，利用修正的超聲衰減系數(shù)推導了焊核區(qū)的名義硬度，名義硬度與實測硬度呈現(xiàn)良好的線性關系，為FSW接頭微觀組織不均勻程度的定量分析奠定了基礎，也為在役FSW接頭

5、微觀組織變化的描述提供了可行的方法。
　　第五章探討了利用超聲無損預測接頭抗拉強度的可行性。通過分析攪拌摩擦焊接頭的超聲 C掃描檢測圖像和接頭不同位置的超聲波衰減分布，提出了有缺陷和無缺陷兩種情況下接頭抗拉強度的超聲評價方法。對于有缺陷的接頭，首先采用固定閾值對超聲 C掃描圖像進行灰度提取，獲得了孔洞缺陷尺寸的信息，將缺陷對結構強度的影響簡化為減小了結構的有效工作面積后，推導接頭的抗拉強度。預測結果與實測抗拉強度吻合較好。對于無缺