该实验法试样制备过程简单，实验过程易于操作，结果较为精确，且可对焊接接头微区进行力学性能的测试，因此正不断受到关注。

1。2 超声冲击的应用与发展

1。2。1 超声冲击在焊接中的应用

超声冲击法是近年来发展起来的一种改善焊接接头性能组织的新型处理工艺，超声冲击是一种采用大功率冲击头以20kHz的频率冲击金属物体表面，使金属表层产生较大的压缩塑性变形的技术[13]。用超声冲击法处理金属焊接接头后，可获得具有一定厚度的塑性变形层，晶粒得到明显细化，甚至某些晶粒尺寸可达到纳米级[14]。超声冲击处理还可以提高金属焊接接头的显微硬度、抗拉强度以及疲劳强度等性能，同时超声冲击可引入有利于提升疲劳强度的残余压应力和减小焊趾部位应力集中系数等[15]。总结起来有以下几个特点：

（1）增大了焊接接头焊趾处的过渡半径，且减小应力集中系数。

（2）引入了比较高的残余压应力，很好地改善了焊接接头的疲劳强度以其疲劳寿命。

（3）表层变形层的晶粒得到了很大程度上的细化，有些甚至可细化至纳米级。

（4）提高接头表面硬度、耐磨性以及韧性等。

此外超声波冲击处理技术与传统技术打磨、TIG熔修和喷丸相比执行机构轻巧、使用灵活方便、可控性好、效率高、噪音小、适用性强、成本低而且节能环保[16]。

1。2。2 超声冲击国内外研究现状

1。3微冲剪实验发展概况

微冲剪实验法（Shear Punch Test），即微型剪切冲压实验方法。其可以实现焊接接头处微小区域的力学性能测试。该方法通过控制一定的加载速度，与此同时使用尺寸比较小的平头冲针对薄片试样进行冲压，实验过程中记录下试样在每一时刻下所受的载荷和产生的位移数据，利用所得数据绘制出载荷-位移曲线，通过数据和曲线对所测材料力学性能参数进行研究分析。由于冲针尺寸较小，所以测定区域范围比较小，可以实现对微小区域力学性能的测定研究。

图1-1 典型载荷-位移曲线[33]

微冲剪实验方法目前主要应用于国外研究，在国内对于该实验方法仍缺少充分的实验研究。与小冲杆实验方法相比，微冲剪实验方法所测材料性能（如材料强度）受材料厚度影响较小，故试样加工精度要求相对较小，制备较为简单。国外学者Toloczko等人通过核反应堆材料针对此实验方法进行了深入广泛的探讨和研究，通过对比未受辐射材料和受辐射材料从而得出微冲剪实验方法所测定有效剪切强度的计算方法，如公式1-2，并对单轴拉伸强度和实验所得有效剪切强度之间线性关系进行进一步研究，如公式1-3[25-27]。通过这一关系，他们利用微冲剪实验数据对拉伸均匀伸长量进行了比较准确的预测。

（1-1）

（1-2）

其中，Pmax为实验过程中试样所受峰值载荷；r为压头半径和凹模半径的平均值；d为微冲剪试样的厚度；m为常数，其数值大小取决于所用微冲剪实验设备。

1。4 课题的主要研究内容与目的

对55mmQ345钢无超声冲击、盖面前超声冲击、分层超声冲击三种工艺方法处理得到三类焊接接头试样，分别进行显微硬度试验、微冲剪试验、冲击试验测定其硬度分布、剪切强度、冲击功，并对显微组织和冲击断口进行观察，对三类焊接接头的接头性能、组织进行分析比较，从而获得盖面前超声冲击和分层超声冲击对焊接接头性能和组织的影响效果。

第二章 试验方法与设备

2。1 课题研究方案

图2-1 研究方案

对无UIT、盖面前UIT、分层UIT三类焊接接头先进行显微组织和显微硬度试验，用JSM-6380扫描电镜（SEM）观察三类焊接接头，得到三类接头显微组织，此外对无UIT试样进行表面UIT，得到试板表面冲击的焊缝和母材微观组织图，再对比三类接头微观组织进一步分析；借助德国KB30S维氏自动显微硬度计对整个焊缝截面进行硬度测量，对比分析三类接头硬度分布。之后进行微冲剪试验，试验前先消除试样厚度差异导致试验结果产生的误差，记录试验中载荷位移曲线，得到最大载荷计算出剪切强度，分析三类接头剪切强度分布的变化。最后进行冲击试验，对比三类接头冲击功，并借助超景深数码显微镜VHX-900和JSM-6380扫描电镜（SEM）观察宏观断口形貌和断口微观组织，分析组织变化。试验结束后，总结盖面UIT和分层UIT的性能影响效果。