激光冲击喷丸后处理对激光冲击焊接影响的研究(2)( 三 )


Welch的t检验是对两个独立总体(实验a和B)具有相同均值的零假设的双尾检验 。
在这种广义形式的Student t检验中 , 两个被比较群体的样本均值假设为正态分布 , 但样本分布标准差假设为不等 。 为了更彻底地调查研究假设 , 需要比这项工作实际更大的样本量(更多的搭接剪切试验) 。 搭接剪切试验后 , 如图12所示测量熔核宽度 。

图12 搭接剪切试验结束时(失效)焊接试样的不同区域 , 包括焊缝熔核 。
在搭接剪切试验中 , 飞片和目标上的10mm×25mm区域分别紧握在目标和飞片边缘附近 。 飞片和靶子在焊缝的上下半部分依次受到单轴拉伸 。 因此 , 如果焊缝保持住 , 铝飞片在焊缝的上半部分沿其外围发生故障(由于应力集中) , 导致焊缝熔核(见图12) 。 焊缝熔核宽度的测量为不同焊缝及其相应搭接剪切试验结果的定性比较提供了有用的信息 , 如图13所示 。

图13 (左)铝/铜样品上LIW+LSP试验的搭接剪切试验结果 。 (右上)产生的焊核 。 (右下)对应最大载荷和熔核宽度的折线图 。 样品及其相应的测试结果是彩色编码的 。
如果失效是由于铝飞片箔逐渐撕裂造成的 , 则熔核宽度是焊缝宽度的近似测量值 。 焊缝熔核宽度为零表明焊缝在其界面上出现故障(箔完全分离) 。 根据实验和材料分类的所有样品的最大载荷和熔核宽度(与激光光斑直径相比)的折线图如图14所示 。

图14 从搭接剪切试验中获得的最大载荷和焊核宽度的折线图 。
正如预期的那样 , 无论试验和材料如何 , 焊缝的强度都会随着熔核宽度的增加而增加 , 反之亦然 。 这种关系在图15的散点图中也可见 。

图15 从搭接剪切试验获得的最大载荷与焊缝熔核宽度散点图 。
除失效焊缝外 , 焊缝的最大载荷与其熔核宽度之间存在线性关系 。 研究焊缝和LSP喷丸之间的重叠百分比对焊缝强度的影响 , 以及通过LIW+LSP获得焊缝的可能性 , 被认为是未来工作的一个潜在研究领域 。
观察到 , 根据材料的不同 , 与LIW相比 , LIW+LSP使平均焊缝熔核宽度增加了25%至32% 。 然而 , 由于5次LIW+LSPx2试验中有2次导致所有材料的焊接失败 , 因此在与LIW结果进行比较时 , 考虑了不同的样品子集 。 在所有考虑的样品中 , 根据材料的不同 , 与LIW相比 , LIW+LSPx2导致平均焊核宽度减少5%至47% 。 排除失效焊缝 , 与LIW相比 , LIW+LSPx2使Al/Cu-Zn、Al/SS和Al/Cu样品的平均焊核宽度分别增加了27%和50% , 并减少了11% 。
这些观察结果表明 , 虽然将一次LSP喷丸应用于焊缝被认为是有益的 , 但两次连续喷丸会导致更复杂的情况 , 因此需要对焊缝界面几何结构中引起的变化进行进一步的研究 ,
3.2. 焊接界面几何形状
为了找到搭接剪切试验结果中观察到的趋势的根本原因 , 有必要探索焊缝的界面几何形状 。 因此 , 随机选择所有9种类型的焊接样品 , 通过其焊接横截面的光学和SEM成像进行焊接界面表征 。 总的来说 , 所有材料的表征结果都相似 。 因此 , 所有材料的LIW结果以及铝/不锈钢焊缝的LIW+LSP和LIW+LSPx2结果在这里作为示例给出 。
图16提供了仅Al/Cu-Zn、Al/Cu和Al/SS样品的LIW焊接界面的光学图像 。 成功焊接了Al/Cu-Zn、Al/Cu和Al/SS , 焊缝中心区域几乎没有回弹或间隙 。 值得注意的是 , 回弹是一种不希望出现的现象 , 因为它通常会阻止箔材在激光照射区域的中心连接 。 由于在目标箔和背部支撑材料之间使用了聚合物胶带 , 因此没有回弹和消除了中心间隙 。 聚合物胶带延长了碰撞持续时间 , 从而防止箔片从背部支撑反弹 。 因此 , 回弹要么完全消除 , 要么太小 , 无法在焊缝中心区域导致箔分离 。 考虑到迄今为止文献中报告的LIW结果中回弹问题的共性 , 这一点非常重要 。

图16 不同材料(顶部为Al)LIW焊接界面的光学图像:(a)Al/Cu-Zn;(b)box  b放大图;(c) Al/Cu;(d)box d的放大视图;(e) Al/SS;(f)box f的放大视图 。
由于激光束的空间轮廓近似高斯形状 , 飞片箔的加载条件大致为轴对称 。 因此 , 合成焊缝的横截面几乎是对称的 , 如图16所示 。 然而 , 由于LIW过程中涉及的各种参数 , 观察到了这种对称性的偏差 。
图17提供了铝/不锈钢样品的LIW、LIW+LSP和LIW+LSPx2中焊接界面的光学图像 。 如图17(a)和(b)所示 , 铝/不锈钢样品的LIW在飞片和靶材上的焊缝外形成对称焊缝、轻微回弹和向下凹陷 , 以及拐点(曲率变为向上凹陷) 。 正如熔核测量结果所预期的那样 , 与LIW相比 , LIW+LSP(见图17(c)和(d))和LIW+LSPx2(见图17(e)和(f))实验中的焊缝区域变得更宽 。 由于力平衡 , 存在净零残余应力场 。 然而 , 据推测 , 由于箔片的厚度(每片厚度为0.05 mm , 总厚度为0.1 mm)以及冲击波在箔片和金属背支架内的传播 , 一些区域处于拉伸状态 , 而另一些区域处于压缩状态 。 因此 , 塑性变形导致了不同的方向 , 并形成了波浪 。 对于LIW + LSPx2 , 焊缝中心分离飞片和靶 , 观察到一个微小的间隙(见图17(f)) 。

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