Page 162 - 《应用声学》2024年第6期

1338 2024 年 11 月

接头能量吸收均值如图 3(d) 所示，各组接头 2.3 微观分析
的能量吸收均值高低表征其缓冲吸震性能的优劣， 常温下 SAA 接头与 USAA 接头的断口扫描电
USAA接头在低温和常温下的能量吸收均值皆高于 子显微镜 (Scanning electron microscope, SEM) 图
SAA接头，说明超声振动大大提升了SPR接头的缓 像如图5所示。常温下SAA接头的失效形式为拉脱
冲吸震性能。
失效，扫描位置已在宏观图像上标出。由图 5(a) 可
2.2 失效形式 知，常温下 SAA 接头断口处有大量韧窝形貌，这是
两组接头在常温及低温下的失效形式如图 4所 典型的韧性断裂特征。这是由于拉伸时接头与板材
示。由图可知，低温下 SAA 接头的主要失效形式为 之间相互摩擦，板材产生了塑性形变，导致出现了
拉脱失效，其主要原因为在拉伸过程中载荷逐渐增 大量韧窝。USAA 接头在常温下失效形式为板断，
大，直至大于铆钉与接头之间的摩擦力，导致接头内 图 5(c)为断口的SEM图像，从图中观察到大量的撕
锁被破坏。从图 4 中可以清晰地看出在低温下拉伸 裂状韧窝形貌，这是由于拉伸时接头内锁大于5A06
结束后的板材翘曲更加显著，说明在低温环境下接 铝合金自身强度，最终板材断裂，形成大量的撕裂状
头脆性增加，铆钉与板材之间摩擦力更大，铆钉更难 韧窝，是韧性断裂特征，同时也说明了超声金属焊接
拔出，也验证了低温下接头的载荷-位移曲的完全失 大大提升了SAA接头内锁。
效位移更大。

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100 µm 100 µm
(a) SAAଌ݀ல԰ॎ᠂ (b) SAAଌ݀ல԰ॎ᠂

(a) -30 C SAAଌ݀ (b) ࣢ພʾSAAଌ݀ c d

லᜈவՔ
80 µm 30 µm
(c) USAAଌ݀ல԰ॎ᠂ (d) USAAଌ݀ல԰ॎ᠂

图 5 常温下两组接头 SEM 微观形貌
Fig. 5 Micromorphology of SEM of two sets of
(c) -30 C USAAଌ݀ (d) ࣢ພʾUSAAଌ݀
joints at room temperature
图 4 不同接头的静载失效形式
Fig. 4 Static load failure modes for different joints 低温下SAA接头与USAA接头断口SEM图像
常温下 USAA 接头失效形式为板材断裂，而在 如图 6 所示，其中图 6(a)、图 6(b) 为低温下 SAA 接
低温下 USAA 接头出现了下板断裂、铆钉颈部断裂 头断口的微观形貌，图6(c)、图6(d)、图6(e)与图 6(f)
和下板拉脱三种失效形式。这说明低温下USAA接 为低温下USAA接头断口的微观形貌。与常温下相
头由于脆性增加，导致接头连接处的薄弱部分增加， 比，低温下 SAA 接头同样为拉脱失效，但在其 SEM
使接头更不稳定，出现了多种失效形式。结合接头 图像 (图 6(a)) 中观察不到韧窝状形貌，断口处呈现
的机械性能与板材变形情况，可以看出 USAA 接头 一片大小不一的颗粒状形貌，这是由于在低温下板
在低温下强度依旧高于 SAA接头，说明超声焊接在 材的脆性增加，在拉伸时与板材摩擦出现了这种脆
低温下仍然可以有效地提升接头强度。 性形貌。