带余高装甲铝合金焊接接头表面纳米化及其对接头组织和性能的影响

金属表面纳米化作为一种表面强化手段，其发展前景广阔。然而，目前焊接接头表面纳米化研究却少有报道。作者以内蒙古特色产业铝业为依托，针对以往在高强装甲铝合金焊接及利用高能喷丸实现其接头表面纳米化研究中发现的问题，提出从接头服役环境和非均质性出发，来对带余高铝合金焊接接头表面纳米化进行系统研究的新思路。拟采用超声冲击处理技术制备相应纳米晶，并与高能喷丸相比较，从试验研究和模拟分析的角度全面深入探讨带余高焊接接头表面纳米化及其微观机制。内容包括表面纳米化工艺参数的确定与优化；带余高焊接接头表面纳米化过程研究；表面纳米化工艺参数对带余高焊接接头组织、结构的影响；表面纳米化工艺参数对带余高焊接接头性能尤其是疲劳性能的影响。在此基础上，综合评价超声冲击与高能喷丸处理两种工艺在带余高铝合金焊接接头上的应用可行性。本项目对发挥本地区资源优势，扩大高强铝合金的应用领域，拓宽表面纳米化的应用范围具有重要意义。

本项目以内蒙古特色产业铝业为依托，针对高强装甲铝合金焊接中遇到的实际问题，在已有研究基础上，采用超声冲击处理在高强装甲铝合金焊接接头上制备了相应纳米晶，从试验研究和理论分析的角度全面深入探讨了高强铝合金焊接接头表面纳米化的机理。.通过正交试验的方法，确定并优化了超声冲击处理带余高7A52铝合金焊接接头的较优参数。当单位面积上超声冲击时长增加至1.25min/cm2时，焊缝表层的平均晶粒约为25.5nm，母材表层的平均晶粒尺寸约为50nm。超声冲击后的焊缝硬度可提高约21.7%，热影响区硬度可提高约27.5%，母材区硬度可提高约22.6%，在10N的载荷条件下，焊缝的失重率降低了0.33%，母材的失重率提高了0.30%；在30N的载荷条件下，焊缝的失重率降低了0.24%，母材的失重率提高了0.59%。在应力比为0.1的加载条件下，焊态接头疲劳强度为41MPa，超声冲击处理接头的疲劳强度为60MPa，比原始焊态提高了46.3%。在应力比为0.45的加载条件下，焊态接头的疲劳强度为40MPa，超声冲击处理接头的疲劳强度为47MPa，比原始焊态提高了17.5%。.利用弹塑性有限元法，建立了7A52铝合金焊接和超声冲击模型。经过超声冲击处理后，焊缝中心处的残余拉应力得到明显改善。通过模拟可知，冲击振幅和超声冲击次数对残余应力影响较大。随着超声冲击振幅的增加，其接头处的残余压应力值逐渐增大。随着冲击次数的增加，其压应力值存在的深度范围会增大，沿试板冲击深度方向的等效塑性应变值也会增大。.综上所述，高强铝合金焊接接头经表面纳米化处理后其组织性能得到了明显改善。本项目对充分利用内蒙古铝资源，开辟高强铝合金焊接接头表面强化的新途径，发展新技术都具有重要意义。