超声冲击去除应力系统简介

点击数：21012023-02-16来源: 大连大工振动时效科技有限公司_振动时效仪,振动时效机

一、超声冲击的基本原理

超声冲击的基本原理就是利用大功率超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面，由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形；同时超声冲击波改变了原有的应力场，产生一定数值的压应力；并使被冲击部位得以强化，如图1所示。

所以超声冲击能够显著提高金属焊接接头及结构的疲劳强度,大幅度延长其疲劳寿命；消除残余拉应力，并使被冲击部位产生压应力（如图2、图3）所示，从而提高工件的承载能力；有效改善焊趾的几何形状，大大降低焊趾处的应力集中系数，其效果大大优于TIG工艺；消除焊趾表层微小裂纹和焊接缺陷，抑制裂纹提前萌生；强化金属零件表面，提高表面质量和使用寿命。该设备高效、节能、无污染、使用方便，不受工件形状、场地、环境的限制, 处理效果显著。

图1：超声冲击处理方法

图2：超声冲击处理前焊缝处的残余应力分布

图3超声冲击处理后焊缝处的残余应力分布

二、超声冲击提高焊接接头疲劳性能的基本原理

金属结构件在焊接时，普遍采用熔化焊接的方法，在金属的填充过程中，在接头部位留有余高、凹坑及各种焊接缺陷，造成严重的应力集中；同时还产生一定的焊接残余应力。在绝大多数情况下，残余拉应力对焊接结构的疲劳强度是不利的。同时，大量研究表明，在焊趾部位距离表面0.5mm左右处一般存有熔渣等缺陷，该缺陷较尖锐，相当于疲劳裂纹提前萌生。在应力集中、焊趾熔渣缺陷及焊接残余拉应力的联合作用下，焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命被严重降低。

超声波时效处理法提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命的基本原理是，焊后利用超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率沿焊缝方向冲击焊缝的焊趾部位，使之产生较大的压缩塑性变形，使焊趾处产生圆滑的几何过渡，从而大大降低了焊趾处余高和凹坑造成的应力集中；消除了焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷，抑制了裂纹的提前萌生；调整了焊接残余应力场，消除其焊接拉应力，在焊趾附近产生一定数值的残余压应力；并使焊趾部位材料得以强化。因此，超声冲击能同时改善影响焊缝疲劳性能几个方面的因素，如：焊趾几何形状、残余应力、微观裂纹和熔渣等缺陷、表面强化等，所以，能大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。图3是用X衍射法显示的超声冲击处理对焊缝的实际效果图。

图3：X衍射法显示的超声冲击处理对焊缝的实际效果图

三、超声冲击的应用领域

广泛应用于船舶、桥梁工程、军工、航空、航天、电力、火车、汽车、铁路、起重设备、石油钻采、机械、压力容器等行业焊接结构件的生产制造过程中,用于大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命、消除焊接残余应力、减少焊接变形等；同时该装置也普遍地应用于对机械零件焊接修复部位进行消除残余应力和强化处理；该装置还可对金属零件需要表面强化的部位进行冲击处理，以大幅度提高该部位的疲劳强度和疲劳寿命。因此，超声波焊时效仪在机械制造业的制造和维护过程中具有广阔的应用前景，必将产生巨大的社会效益和经济效益。

四、超声冲击的作用

1. 可使焊接接头疲劳强度提高50%-120%，疲劳寿命延长5—100倍。

2. 是目前最彻底消除残余拉应力，并产生出理想压应力的工艺方法。

3. 有效改善焊趾的几何形状，降低焊缝焊趾处的应力集中，且工艺简单易行，成本低廉。

4. 消除焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷，抑制裂纹的提前萌生。

5. 改变原有的应力场,明显减少焊接变形。

6. 局部强化处理,提高零件表面质量和疲劳寿命。

7. 于对机械零件局部焊接修复部位进行消除焊接应力和强化处理

8. 提高金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力约400%

9. 同时改善影响焊缝疲劳性能几个方面的因素：焊趾几何形状、残余应力、微观裂纹和熔渣等缺陷、表面强化等，因而能大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。

五、超声冲击对金属结构的突出贡献

1. 增加金属结构件在动载荷和腐蚀环境下的使用寿命

2. 减少金属结构件在腐蚀疲劳下的维修费用

3. 在同样的设计要求下，可使用更少的材料，从而减少了制造和运行成本

4. 大幅度提高高强合金钢焊接接头的焊接性能，拓宽了高强合金钢的应用领域；

5. 增加了金属结构件在制造和使用过程中的结构稳定性

6. 减少了金属结构的使用和维护成本

六、超声波焊接应力消除法相对于传统工艺方法的优势

超声冲击时效是一种以针式冲击来消除残余应力的方法，它是以超声发生器为振动源，通过压电陶瓷哦或磁致伸缩方式将超声频电源转换成超声频振动，振动由冲击针传递到金属表面，在金属表面及次表面产生塑性变形，并细化晶粒，达到消除残余应力的目的。

超声冲击处理适合于各种工程构件消除应力的要求。特别适合于结构复杂的钢结构、铝合金结构以及由异种焊接接头或其他金属材料制成的结构件。超声冲击处理能同时改善影响焊缝疲劳性能，提高构件的抗应力腐蚀性能，需要针对焊接指定区域采用超声冲击全覆盖处理。适用于材料厚度大于4mm、屈服强度不大于900MPa断后伸长率大于5%的金属构件。

1. 超声波焊接应力消除处理能同时改善影响焊缝疲劳性能的几个方面的因素，如：残余应力、微观裂纹和缺陷、焊趾几何形状、表面强化等，因而能大幅度提高焊缝的疲劳性能，有事半功倍之效果。

2. 在消除焊缝焊趾处应力集中方面，是目前最方便、最有效的，其效果远胜于在焊趾处氩弧焊重熔（TIG）或修磨的方法。

3. 消除焊接残余应力，完全可替代热处理和振动时效等时效方法，且处理工艺简单，效果稳定可靠。想处理哪里就处理哪里，并可在任意时间、任意工序上进行，让你随心所欲，得心应手。不象振动时效那样，工艺复杂且时效效果要受诸多工艺参数之影响。

4. 完全取代用喷丸方法来提高工件局部疲劳寿命和消除残余应力的表面处理工艺，且效果是喷丸方法不可比拟的，且节省场地，不存在喷丸回收和喷丸伤人的问题，改善了工作环境，  环保、节能、安全、无污染。

5. 有效的在自然条件下使已变形了的焊接构件向常态恢复，是目前很方便的校形工具。

超声波焊接应力消除处理占地少，不受工件材质、形状、结构、重量之限制，使用起来灵活方便。

七、 主要技术指标与技术参数

功能简介： 

★数字化动态显示电流频率，直观体现时效过程。

★时间预设功能，更易掌握冲击速度，提高操作规范。

★设置音频按钮，做到时效处理双开关，降低操作者工作强度。

★报警指示灯，独有的稳频、恒幅控制电路，过热、过载保护能，完全排除现场操作的危险性。

★工件焊接应力消除率可达到100%并产生理想压应力，是目前国内外消除焊接残余应力的理想设备。

★专用工具头，采用优质钢材，结构紧凑，不易损坏。内部加装变幅杆保护垫，大大延长变幅杆的使用寿命。

★可提高焊接接头疲劳强度50％-120％，疲劳寿命延长3倍。

★不受工件形状、结构、材质、重量、板材厚度、场地之限制。   

★可将焊趾处的焊接余高，凹坑咬边等现象理想化处理至几何过度，降低应力集中系数。

★可去除焊趾处的围观裂纹，弥补熔渣缺陷，同时抑制裂纹提前萌生。

★用于消除焊接残余应力可完全替代热处理等时效方法。

★冲击枪专业设计，彻底消除了传统时效设备和同行业设备操作笨重，现场无法操作的难题，减少了现场人员劳动量。

★对大型结构件的焊缝现场处理、超高超低焊缝处理、焊接修复焊缝的应力消除效果更佳。

★超宽的频率跟踪范围，可有效跟踪外界因素影响引起的频率变化

★采用压电陶瓷换能器，输出强劲，使用寿命长。

★经济、实用、环保、节能、安全、无污染。

1、控制器技术参数

2、冲击枪技术参数