Page 117 - 无损检测2022年第五期

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验证明，在铸造铝合金时加入超声场，利用高能
声束改善铸造铝合金的力学性能是完全可行的（见
图 10）。

图 7 45 钢平板焊接残余应力调控前后对比
采用残余应力超声空化调控系统同样可对强 图 10 ZL101A 超声辅助铸造试验示意
度较高的 TA15 钛合金平板（见图 8）正反两面 试验结果表明，在常规铸造条件下，A、B 两
焊缝区域的残余应力进行调控，设置超声功率为 块铝合金板的平均抗拉强度均低于超声铸造 C、
250 W，每面调控时间为 30 min。采用 X 射线 D 两块铝合金板的抗拉强度，其中 A 的抗拉强度
法检测热影响区 3 个点位调控前后焊接残余应力 为 79~125 MPa，平均值为 106.1 MPa；B 的抗
的变化，检测结果如图 9 所示。从调控结果可以 拉强度为 87~125 MPa，平均值为 108.7 MPa；
看出，焊接热影响区域内平行和垂直焊缝的残余 C 的抗拉强度为 91~134 MPa，平均值为 120.5
拉应力均降低了，但降低幅度不大，原因是 TA15 MPa；D 的抗拉强度为 108~142 MPa，平均值
钛合金材料强度高，冲击时间不足。 为122.7 MPa。 C、 D两块板的平均抗拉强度比A、
B 两块板的平均强度约高 13%。铸造铝合金板材
的金相组织如图 11 所示。

图 8 TA15 钛合金平板焊接件

图 11 铸造铝合金板材的金相组织
1.5 残余应力梯度分布的超声检测方法
由于热处理、焊接、铸造过程中温度梯度不
均匀，故必然会产生温度梯度应力，即热应力。
图 9 TA15 平行和垂直焊缝残余应力调控前后的变化 同时，在切削、磨削等加工过程中，加工参数引
1.4 超声低应力铸造技术 起的机械变形应力和金属相变应力，以及加工热

铝合金不仅具有密度低、机械性能好、耐腐 引起的热应力，也会导致残余应力梯度的产生。
蚀性强、导热性好等特点，且相对容易加工，已 残余应力沿构件厚度方向呈分层分布的趋势。
广泛应用于航空航天、军事、民用等领域。目前 用临界折射纵波对焊接板进行了初步试验，
常用的铝合金加工成型技术有铸造技术、滚压成 通过改变换能器的频率，测试了不同深度处的应
型技术、挤压成型技术、3D 打印技术等。与其他 力分布，证明了临界折射纵波检测应力的可能性，
铝合金成型技术相比，铸造成本较低，且适用于 但对不同频率检测深度的作用机理未作描述。目
制造复杂形状构件，特别是有复杂内腔形状的构 前，超声检测梯度残余应力的方法缺乏一种能有
件。因此，铸造铝合金仍然是铝合金加工和成型 效量化应力梯度的模型。因此 , 研究的重点是寻
技术中应用最广泛的技术。超声波铸造作为一种 找一种能全面、有效地表征残余应力梯度的模型
新型的铸造工艺，引起了国内外学者的关注。试 （见图 12）。
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2022 年 第44 卷 第5 期
无损检测