超声复合焊的发展现状

　　超声复合焊的发展现状

　　哈工大闫久春、杨春利、刘会杰等知名焊接教授在发表的《超声复合焊接研究现状及科学问题》中介绍超声复合焊的研究现状，我们一起了解一下。

　　超声波在焊接领域的应用有两种方式:

　　一种是将超声能转换为热能，实现材料连接;

　　另一种是将超声能与焊接热能复合，改变普通焊接能源的特性，能够实现普通焊接难以达到的效果。本文主要介绍后者，它主要包括超声复合电弧焊、超声复合钎焊和超声复合搅拌摩擦焊。

　　超声波主要通过两个效应来影响焊接效果：

　　第一是声空化效应，主要是指超声波空化气泡溃缩过程产生大量的高能密度点所导致的热效应和物理化学效应;

　　第二为声致塑性效应，即声能对固体的力学效应，超声波作用于正在 发生变形的金属，其内部的位错会优先吸收声能，使金属变形更容易，这方面主要用于搅拌摩擦焊上。

　　超声波对电弧焊缝的影响方面，主要有三个方面的影响：

　　第一：熔池形态发生改变导致熔深增加：

　　哈工大孙清洁博士对不锈钢超声复合GTAW焊接不锈钢和铝合金的研究中发现，通过电弧向焊接熔池施加超声波，相同焊接参数下，焊接熔深增加50%以上。

　　有无超声场下AISI 304不锈钢焊接熔深对比

　　第二：接头部分熔化区尺寸变窄、组织细化

　　不锈钢常规GTAW焊缝部分熔化区中， 大量无枝晶特征的δ铁素体分布散乱。超声复合GTAW焊缝部分熔化区尺寸变窄，δ铁素体分布比较均匀。

　　超声复合电弧焊缝熔合区对比

　　第三，焊缝晶粒细化

　　无论是从母材直接引入声能，还是间接通过焊丝或电弧将声能引入焊接熔池，焊缝金属凝固后所得到的组织都有不同程度的细化，其中以钛合金焊缝组织细化的效果最为明显，

　　钛合金焊缝近液固界面区域组织形貌对比

　　第四：明显焊接气孔减少

　　通过母材或电弧引入超声的研究表明，对焊接熔池施加超声，焊缝中气孔数量减少，大气孔消失超声复合钎焊

　　超声对钎焊的影响

　　在超声复合钎焊过程中，声能的关键作用是改善液态钎料合金与母材的润湿，甚至能够实现常规条件不能润湿的材料组配之间相互润湿;在钎焊过程中声能的输入，还会加剧液固界面溶解溶蚀、促进化合反应等现象，改变界面结构及结合方式。

　　超声对搅拌摩擦焊的影响

　　2219铝合金超声复合搅拌摩擦焊接研究表明，接头各区域的晶粒更为细小，与母材的分界线形状更为圆滑;对2524铝合金的研究发现，组织更为均匀，接头热机影响区和热影响区的范围减小。初步分析认为，超声波的体积效应使得质点内应力增加，晶体内部质点在内应力作用下发生排列变形，导致晶体的位错移动，强化材料的塑性流动;声能使焊缝中再结晶的晶粒反复破碎，从而导致晶粒再结晶细化。

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