【摘 要】
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焊接接头往往因材料的不连续性以及性能的不均一性问题而导致焊接结构的失效,成为焊接结构中较为薄弱的一个部位,其中疲劳断裂是焊接接头较易发生的一类失效形式,因而开展焊接接头的抗疲劳性能分析以及针对焊接接头性能的改善工艺研究很有必要。振动焊接技术在释放焊接残余应力、增加构件尺寸稳定性、减少焊缝缺陷、改善焊接成型、细化接头微观组织以及提高接头的抗疲劳性能等方面,其功效均有所体现,具有一定的潜在工程应用价值
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焊接接头往往因材料的不连续性以及性能的不均一性问题而导致焊接结构的失效,成为焊接结构中较为薄弱的一个部位,其中疲劳断裂是焊接接头较易发生的一类失效形式,因而开展焊接接头的抗疲劳性能分析以及针对焊接接头性能的改善工艺研究很有必要。振动焊接技术在释放焊接残余应力、增加构件尺寸稳定性、减少焊缝缺陷、改善焊接成型、细化接头微观组织以及提高接头的抗疲劳性能等方面,其功效均有所体现,具有一定的潜在工程应用价值。基于此,本文依托基于超磁致伸缩激振系统的高频微振平台来开展振动辅助激光焊接6082铝合金试验,考虑到焊接速度、微振频率以及激光参数对焊缝成形、接头组织及性能存在着交互影响作用,焊接试验以焊接速度、微振频率、离焦量、激光功率作为四个影响因素,依据四因素三水平的L9（3~4）正交试验设计法来开展试验,进行振动辅助激光焊接接头的宏/微观组织形貌观察以及对焊接接头的显微硬度、拉伸性能、高周疲劳和焊缝残余应力的测定和分析,论文主要的研究内容及结果如下所示:（1）焊缝成形系数差异显著,接头气孔缺陷明显,焊缝中心部位的晶粒以碎细均匀的等轴晶区为主,枝状晶粒相间分布于其中并发生了晶粒长大;接头的平均显微硬度水平低于母材区域,数值为68HV,焊缝中心及热影响区域的显微硬度波动明显,这与该区域内组织的不均匀密切相关。（2）焊接接头的平均抗拉强度为223MPa,达到了母材强度的70.8%,拉伸性能整体表现良好;采用单点试验法得出母材的疲劳极限σ0.1为135.5MPa,对焊接试样在8组不同应力水平条件下进行高周疲劳测试,分析得出接头的疲劳寿命分散性较小;焊缝起弧部位的残余应力较大,且焊缝横向残余应力大于纵向残余应力。（3）为探析工艺参数对焊接接头性能的影响,以焊接接头的抗拉强度和和延伸率作为评价指标,经极差分析和方差分析综合得出在0.03m/s焊接速度,993HZ微振频率,2.5mm离焦量,4.0kw激光功率工艺参数下的接头性能表现最为优异,焊接速度和离焦量对接头性能的影响最为显著。（4）考虑到焊接参数对接头的疲劳寿命有复杂的耦合影响作用,以及疲劳寿命本身的离散分布性,基于神经网络算法来构建振动辅助激光焊接接头疲劳寿命的预测模型并对其进行预测,结果表明基于GA-BP的5-9-1网络模型能够实现较为准确的寿命预测,预测平均相对误差为5.64%,网络模型及预测精度可靠。另外分析得出疲劳寿命满足对数正态分布,给出焊接接头在7种不同可靠度下的P-S-N方程,并拟合得出焊接接头的P-S-N曲线,为振动辅助激光焊接接头的可靠性设计提供借鉴和参考意义。
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