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超聲沖擊去除應力系統簡(jiǎn)介

點(diǎn)擊數:8372024-08-12來(lái)源: 大連大工振動(dòng)時(shí)效科技有限公司_振動(dòng)時(shí)效儀,振動(dòng)時(shí)效機

一、超聲沖擊的基本原理

超聲沖擊的基本原理就是利用大功率超聲波推動(dòng)沖擊工具以每秒二萬(wàn)次以上的頻率沖擊金屬物體表面,由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量,使金屬表層產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形;同時(shí)超聲沖擊波改變了原有的應力場(chǎng),產(chǎn)生一定數值的壓應力;并使被沖擊部位得以強化,如圖1所示。

所以超聲沖擊能夠顯著(zhù)提高金屬焊接接頭及結構的疲勞強度,大幅度延長(cháng)其疲勞壽命;消除殘余拉應力,并使被沖擊部位產(chǎn)生壓應力(如圖2、圖3)所示,從而提高工件的承載能力;有效改善焊趾的幾何形狀,大大降低焊趾處的應力集中系數,其效果大大優(yōu)于TIG工藝;消除焊趾表層微小裂紋和焊接缺陷,抑制裂紋提前萌生;強化金屬零件表面,提高表面質(zhì)量和使用壽命。該設備高效、節能、無(wú)污染、使用方便,不受工件形狀、場(chǎng)地、環(huán)境的限制, 處理效果顯著(zhù)。

 

圖1:超聲沖擊處理方法

 


2:超聲沖擊處理前焊縫處的殘余應力分布

 


3超聲沖擊處理后焊縫處的殘余應力分布

 

 

二、超聲沖擊提高焊接接頭疲勞性能的基本原理

金屬結構件在焊接時(shí),普遍采用熔化焊接的方法,在金屬的填充過(guò)程中,在接頭部位留有余高、凹坑及各種焊接缺陷,造成嚴重的應力集中;同時(shí)還產(chǎn)生一定的焊接殘余應力。在絕大多數情況下,殘余拉應力對焊接結構的疲勞強度是不利的。同時(shí),大量研究表明,在焊趾部位距離表面0.5mm左右處一般存有熔渣等缺陷,該缺陷較尖銳,相當于疲勞裂紋提前萌生。在應力集中、焊趾熔渣缺陷及焊接殘余拉應力的聯(lián)合作用下,焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命被嚴重降低。

超聲波時(shí)效處理法提高焊接接頭疲勞強度和疲勞壽命的基本原理是,焊后利用超聲波推動(dòng)沖擊工具以每秒二萬(wàn)次以上的頻率沿焊縫方向沖擊焊縫的焊趾部位,使之產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形,使焊趾處產(chǎn)生圓滑的幾何過(guò)渡,從而大大降低了焊趾處余高和凹坑造成的應力集中;消除了焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷,抑制了裂紋的提前萌生;調整了焊接殘余應力場(chǎng),消除其焊接拉應力,在焊趾附近產(chǎn)生一定數值的殘余壓應力;并使焊趾部位材料得以強化。因此,超聲沖擊能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能幾個(gè)方面的因素,如:焊趾幾何形狀、殘余應力、微觀(guān)裂紋和熔渣等缺陷、表面強化等,所以,能大幅度提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。圖3是用X衍射法顯示的超聲沖擊處理對焊縫的實(shí)際效果圖。






 

 

圖3:X衍射法顯示的超聲沖擊處理對焊縫的實(shí)際效果圖

 

 

三、超聲沖擊的應用領(lǐng)域

廣泛應用于船舶、橋梁工程、軍工、航空、航天、電力、火車(chē)、汽車(chē)、鐵路、起重設備、石油鉆采、機械、壓力容器等行業(yè)焊接結構件的生產(chǎn)制造過(guò)程中,用于大幅度提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命、消除焊接殘余應力、減少焊接變形等;同時(shí)該裝置也普遍地應用于對機械零件焊接修復部位進(jìn)行消除殘余應力和強化處理;該裝置還可對金屬零件需要表面強化的部位進(jìn)行沖擊處理,以大幅度提高該部位的疲勞強度和疲勞壽命。因此,超聲波焊時(shí)效儀在機械制造業(yè)的制造和維護過(guò)程中具有廣闊的應用前景,必將產(chǎn)生巨大的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。


四、超聲沖擊的作用

1. 可使焊接接頭疲勞強度提高50%-120%,疲勞壽命延長(cháng)5—100倍。

2. 是目前最徹底消除殘余拉應力,并產(chǎn)生出理想壓應力的工藝方法。

3. 有效改善焊趾的幾何形狀,降低焊縫焊趾處的應力集中,且工藝簡(jiǎn)單易行,成本低廉。

4. 消除焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷,抑制裂紋的提前萌生。

5. 改變原有的應力場(chǎng),明顯減少焊接變形。

6. 局部強化處理,提高零件表面質(zhì)量和疲勞壽命。

7. 于對機械零件局部焊接修復部位進(jìn)行消除焊接應力和強化處理

8. 提高金屬在腐蝕環(huán)境下的抗腐蝕能力約400%

9. 同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能幾個(gè)方面的因素:焊趾幾何形狀、殘余應力、微觀(guān)裂紋和熔渣等缺陷、表面強化等,因而能大幅度提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。


五、超聲沖擊對金屬結構的突出貢獻

1. 增加金屬結構件在動(dòng)載荷和腐蝕環(huán)境下的使用壽命

2. 減少金屬結構件在腐蝕疲勞下的維修費用

3. 在同樣的設計要求下,可使用更少的材料,從而減少了制造和運行成本

4. 大幅度提高高強合金鋼焊接接頭的焊接性能,拓寬了高強合金鋼的應用領(lǐng)域;

5. 增加了金屬結構件在制造和使用過(guò)程中的結構穩定性

6. 減少了金屬結構的使用和維護成本


六、超聲波焊接應力消除法相對于傳統工藝方法的優(yōu)勢

超聲沖擊時(shí)效是一種以針式?jīng)_擊來(lái)消除殘余應力的方法,它是以超聲發(fā)生器為振動(dòng)源,通過(guò)壓電陶瓷哦或磁致伸縮方式將超聲頻電源轉換成超聲頻振動(dòng),振動(dòng)由沖擊針傳遞到金屬表面,在金屬表面及次表面產(chǎn)生塑性變形,并細化晶粒,達到消除殘余應力的目的。

超聲沖擊處理適合于各種工程構件消除應力的要求。特別適合于結構復雜的鋼結構、鋁合金結構以及由異種焊接接頭或其他金屬材料制成的結構件。超聲沖擊處理能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能,提高構件的抗應力腐蝕性能,需要針對焊接指定區域采用超聲沖擊全覆蓋處理。適用于材料厚度大于4mm、屈服強度不大于900MPa斷后伸長(cháng)率大于5%的金屬構件。

 

1. 超聲波焊接應力消除處理能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能的幾個(gè)方面的因素,如:殘余應力、微觀(guān)裂紋和缺陷、焊趾幾何形狀、表面強化等,因而能大幅度提高焊縫的疲勞性能,有事半功倍之效果。

2. 在消除焊縫焊趾處應力集中方面,是目前最方便、最有效的,其效果遠勝于在焊趾處氬弧焊重熔(TIG)或修磨的方法。

3. 消除焊接殘余應力,完全可替代熱處理和振動(dòng)時(shí)效等時(shí)效方法,且處理工藝簡(jiǎn)單,效果穩定可靠。想處理哪里就處理哪里,并可在任意時(shí)間、任意工序上進(jìn)行,讓你隨心所欲,得心應手。不象振動(dòng)時(shí)效那樣,工藝復雜且時(shí)效效果要受諸多工藝參數之影響。

4. 完全取代用噴丸方法來(lái)提高工件局部疲勞壽命和消除殘余應力的表面處理工藝,且效果是噴丸方法不可比擬的,且節省場(chǎng)地,不存在噴丸回收和噴丸傷人的問(wèn)題,改善了工作環(huán)境,  環(huán)保、節能、安全、無(wú)污染。

5. 有效的在自然條件下使已變形了的焊接構件向常態(tài)恢復,是目前很方便的校形工具。

超聲波焊接應力消除處理占地少,不受工件材質(zhì)、形狀、結構、重量之限制,使用起來(lái)靈活方便。

 

 

七、 主要技術(shù)指標與技術(shù)參數

功能簡(jiǎn)介: 

★數字化動(dòng)態(tài)顯示電流頻率,直觀(guān)體現時(shí)效過(guò)程。

★時(shí)間預設功能,更易掌握沖擊速度,提高操作規范。

★設置音頻按鈕,做到時(shí)效處理雙開(kāi)關(guān),降低操作者工作強度。

★報警指示燈,獨有的穩頻、恒幅控制電路,過(guò)熱、過(guò)載保護能,完全排除現場(chǎng)操作的危險性。

★工件焊接應力消除率可達到100%并產(chǎn)生理想壓應力,是目前國內外消除焊接殘余應力的理想設備。

★專(zhuān)用工具頭,采用優(yōu)質(zhì)鋼材,結構緊湊,不易損壞。內部加裝變幅桿保護墊,大大延長(cháng)變幅桿的使用壽命。

★可提高焊接接頭疲勞強度50%-120%,疲勞壽命延長(cháng)3倍。

★不受工件形狀、結構、材質(zhì)、重量、板材厚度、場(chǎng)地之限制。   

★可將焊趾處的焊接余高,凹坑咬邊等現象理想化處理至幾何過(guò)度,降低應力集中系數。

★可去除焊趾處的圍觀(guān)裂紋,彌補熔渣缺陷,同時(shí)抑制裂紋提前萌生。

★用于消除焊接殘余應力可完全替代熱處理等時(shí)效方法。

★沖擊槍專(zhuān)業(yè)設計,徹底消除了傳統時(shí)效設備和同行業(yè)設備操作笨重,現場(chǎng)無(wú)法操作的難題,減少了現場(chǎng)人員勞動(dòng)量。

★對大型結構件的焊縫現場(chǎng)處理、超高超低焊縫處理、焊接修復焊縫的應力消除效果更佳。

★超寬的頻率跟蹤范圍,可有效跟蹤外界因素影響引起的頻率變化

★采用壓電陶瓷換能器,輸出強勁,使用壽命長(cháng)。

★經(jīng)濟、實(shí)用、環(huán)保、節能、安全、無(wú)污染。

1、控制器技術(shù)參數

參     數

規            格

DG-200

輸入電壓(V)

220V±10%/50HZ

輸出功率(W)

1000

輸出頻率范圍(KHZ)

22-35

顯示方式

LED

顯示精度

1%

冷卻方式

風(fēng)冷

使用環(huán)境

溫度:-30℃—40℃

相對濕度:≤92%

輸出電纜長(cháng)度(m)

8

外形尺寸(mm)

400×240×360

重量(Kg)

15

2、沖擊槍技術(shù)參數

參     數

規            格

DG-300

工作頻率(KHZ)

20

工作方式

手動(dòng)

額定功率(VA)

2000

最大輸出振幅(μm)

50

處理速度(m/h)

20-40

冷卻方式

風(fēng)冷

沖擊針直徑(mm)

3-6

外形尺寸(mm)

100*100*480

重量(kg)

4

 

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