超聲波焊接應(yīng)力消除處理

1、. .超聲波焊接應(yīng)力消除處 理UltrasonicImpactTreatment斯邁高科機(jī)電設(shè)備SimaiHi-tech Machinery &Electronic Equipment Co.，LtdAdd：Jinan shizhongDistrict wangping street 22#，ChinaTel ：09Fax：01地址：市中區(qū)望平街22 號郵編： 250001. . .超聲波焊接應(yīng)力消除（超聲沖擊）設(shè)備概述：超聲波消除應(yīng)力技術(shù) （也稱為超聲沖擊） 最早由烏克蘭的 Paton 焊接研究所提出，并由 Paton 焊接技術(shù)研究所和俄羅斯“量子”研究院共同研發(fā)成功。 主要用于焊接

2、結(jié)構(gòu)件的焊接殘余應(yīng)力的消除，并提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命.SMK深藍(lán)系列超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備裝置的應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁工程、軍工、航空、航天、工程機(jī)械、電力、火車、汽車、鐵路、起重設(shè)備、石油鉆采、機(jī)械、壓力容器等行業(yè)焊接結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造過程中 , 用于大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命、 消除焊接殘余應(yīng)力、減少焊接變形等；同時(shí)該裝置也普遍地應(yīng)用于對機(jī)械零件焊接修復(fù)部位進(jìn)行消除殘余應(yīng)力和強(qiáng)化處理；該裝置還可對金屬零件需要表面強(qiáng)化的部位進(jìn)行沖擊處理，以大幅度提高該部位的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。 因此，超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備在機(jī)械制造業(yè)的制造和維護(hù)過程中具有廣闊的應(yīng)用前景， 必將產(chǎn)生

3、巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。SMK深藍(lán)系列超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備裝置的作用：1. 可使焊接接頭疲勞強(qiáng)度提高 50%-120%，疲勞壽命延長 5100 倍。2. 是目前最徹底消除殘余拉應(yīng)力，并產(chǎn)生出理想壓應(yīng)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(yīng)力集中，且工藝簡單易行，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(yīng)力場 , 明顯減少焊接變形。6. 局部強(qiáng)化處理 , 提高零件表面質(zhì)量和疲勞壽命。7. 于對機(jī)械零件局部焊接修復(fù)部位進(jìn)行消除焊接應(yīng)力和強(qiáng)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

4、個(gè)方面的因素：焊趾幾何形狀、殘余應(yīng)力、微觀裂紋和熔渣等缺陷、表面強(qiáng)化等，因而能大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備對金屬結(jié)構(gòu)的突出貢獻(xiàn)：1. 增加金屬結(jié)構(gòu)件在動載荷和腐蝕環(huán)境下的使用壽命2. 減少金屬結(jié)構(gòu)件在腐蝕疲勞下的維修費(fèi)用. . .3. 在同樣的設(shè)計(jì)要求下，可使用更少的材料，從而減少了制造和運(yùn)行成本4. 大幅度提高高強(qiáng)合金鋼焊接接頭的焊接性能，拓寬了高強(qiáng)合金鋼的應(yīng)用領(lǐng)域；5. 增加了金屬結(jié)構(gòu)件在制造和使用過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性6. 減少了金屬結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)成本超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備法相對于傳統(tǒng)工藝方法的優(yōu)勢：1. 超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性

5、能的幾個(gè)方面的因素，如：殘余應(yīng)力、微觀裂紋和缺陷、焊趾幾何形狀、表面強(qiáng)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(yīng)力集中方面，是目前最方便、最有效的，其效果遠(yuǎn)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(yīng)力，完全可替代熱處理和振動時(shí)效等時(shí)效方法，且處理工藝簡單，效果穩(wěn)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(yīng)手。不象振動時(shí)效那樣，工藝復(fù)雜且時(shí)效效果要受諸多工藝參數(shù)之影響。4. 完全取代用噴丸方法來提高工件局部疲勞壽命和消除殘余應(yīng)力的表面處理工藝，且效果是噴丸方法不可比擬的，且節(jié)省場地，不存在噴丸回

6、收和噴丸傷人的問題，改善了工作環(huán)境。5. 有效的在自然條件下使已變形了的焊接構(gòu)件向常態(tài)恢復(fù)，因而也是目前很方便的校形工具。6. 超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理占地少，不受工件材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、重量之限制，使用起來靈活方便。7. 環(huán)保、節(jié)能、安全、無污染。目錄561. . .6278182931041011111211131. . . 132 143164171718一、概述超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備法是國外較流行的焊后處理、表面局部強(qiáng)化和消除殘余應(yīng)力的方法。 該方法首先在前聯(lián)的烏克蘭延生，于二十世紀(jì)六十年代在美國得到迅速發(fā)展，在第十三屆國際焊接學(xué)會上被公認(rèn)為是提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能最有效的方法，并在發(fā)達(dá)

7、國家迅速得以推廣應(yīng)用，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展， 超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理的工藝及設(shè)備已日趨完善，該方法的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輕巧，使用靈活方便、噪音小、效率高、成本低、節(jié)能、無污染。SMK深藍(lán)系列超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備裝置作為焊后處理設(shè)備，它能同時(shí)改善影響焊縫質(zhì)量的多個(gè)因素，如應(yīng)力、缺陷、焊趾幾何形狀、表面強(qiáng)化等幾個(gè)方面，. . .所以對提高焊接接頭的疲勞性能有事半功倍的效果， 可使處理后的焊接接頭的疲勞強(qiáng)度提高 50%-120%，疲勞壽命延長 5100 倍。由于采用超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理后，省去了傳統(tǒng)的打磨及去渣工序，節(jié)約了勞動時(shí)間 20%，降低了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，該方法也廣泛地應(yīng)用于

8、以下三個(gè)方面： （1）對金屬零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，以提高零件的表面質(zhì)量和疲勞壽命； （2）調(diào)節(jié)應(yīng)力場，減少焊接變形，保證工件的尺寸穩(wěn)定性；（3）對機(jī)械零件局部焊接修復(fù)部位進(jìn)行消除焊接應(yīng)力的處理。 現(xiàn)在該方法在國外機(jī)械制造工程中， 特別是對疲勞性能有較高要求和要求消除殘余應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)工程中已普遍使用。SMK超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備裝置與國外同類設(shè)備相比，體積減少 60%70%；重量減輕 50%60%；效率提高 23 倍；可長時(shí)間無間斷工作，且無需水冷；沖擊力大，處理效果好；性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長，其性能已達(dá)到國際先進(jìn)水平。二、超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備法的基本原理1 、超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備的基本

9、原理超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備的基本原理就是利用大功率超聲波推動沖擊工具以每秒二萬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)超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備波改變了原有的應(yīng)力場，產(chǎn)生一定數(shù)值的壓應(yīng)力；并使被沖擊部位得以強(qiáng)化。所以超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備能夠顯著提高金屬焊接接頭及結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度,大幅度延長其疲勞壽命；消除殘余拉應(yīng)力，并使被沖擊部位產(chǎn)生壓應(yīng)力（如圖1、圖 2）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(yīng)力集中系數(shù)，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(qiáng)化金屬零件表

10、面，提高表面質(zhì)量和使用壽命。該設(shè)備高效、節(jié)能、無污染、使用方便，不受工件形狀、場地、環(huán)境的限制,處理效果顯著。2、超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備提高焊接接頭疲勞性能的基本原理. . .金屬結(jié)構(gòu)件在焊接時(shí)，普遍采用熔化焊接的方法，在金屬的填充過程中，在接頭部位留有余高、凹坑及各種焊接缺陷，造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中；同時(shí)還產(chǎn)生一定的焊接殘余應(yīng)力。在絕大多數(shù)情況下，殘余拉應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)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(dāng)于疲勞裂紋提前萌生。在應(yīng)力集中、焊趾熔渣缺陷及焊接殘余拉應(yīng)力的聯(lián)合作用下，焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命被嚴(yán)重降低。超聲

11、波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理法提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的基本原理 是，焊后利用超聲波推動沖擊工具以每秒二萬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)生圓滑的幾何過渡，從而大大降低了焊趾處余高和凹坑造成的應(yīng)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(diào)整了焊接殘余應(yīng)力場，消除其焊接拉應(yīng)力，在焊趾附近產(chǎn)生一定數(shù)值的殘余壓應(yīng)力；并使焊趾部位材料得以強(qiáng)化。因此，超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備能同時(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(yīng)力、微觀裂紋和熔渣等缺陷、表面強(qiáng)化等，所以，能大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。圖3 是

12、用 X 衍射法顯示的超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理對焊縫的實(shí)際效果圖。超聲波時(shí)效層沖擊時(shí)效層超聲波焊接塑性變形層超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)圖 3：X 衍射法顯示的超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理對焊縫的實(shí)際效果圖：三、結(jié)構(gòu)與工作原理. . .（ 1） 設(shè)備工作原理SMK系列超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備裝置由兩部分組成：控制箱和沖擊槍；控制箱和沖擊槍用電纜連接。其控制部分采用新型高精度鎖相和先進(jìn)的恒幅技術(shù)，使設(shè)備在使用過程中始終保持輸出的穩(wěn)定性和可靠性，保證處理效果的高效和均勻一致性?？刂葡鋵㈦娋W(wǎng)上的50HZ交流電轉(zhuǎn)變成超音頻的交流電，其原理如下：電網(wǎng)可控整流控制電路逆變電源鑒相器濾 波 器電壓傳感器超聲波焊接電流反

13、饋濾波器電流傳感器控制箱輸出信號，通過連接電纜來激勵(lì)沖擊槍工作，在沖擊槍的自重和外力作用下，使以焊趾為中心的一定區(qū)域的焊接接頭表面產(chǎn)生足夠深度的塑變層，從而有效的改善焊縫與母材過渡區(qū)（焊趾）的幾何形狀，使其平滑過渡，降低了焊接接頭的應(yīng)力集中程度；并使焊接接頭附近一定厚度的金屬得以強(qiáng)化；重新調(diào)整了焊接殘余應(yīng)力場，消除了殘余拉應(yīng)力。（ 2）前后面板說明：五、使用方法（ 1） 設(shè)備的使用方法1、 設(shè)備開箱后按設(shè)備清單檢查，觀察設(shè)備外觀應(yīng)完整無磕碰。2、 用連接電纜把沖擊槍和控制箱的輸出插座相連，把沖擊槍上的開關(guān)撥到關(guān)閉位置，接通220V電源，電源指示燈亮。3、 必須確認(rèn)接地良好。4、 按開啟按鈕，控

14、制器啟動，待機(jī)指示燈亮，電流表顯示“000”，說明設(shè)備工作正常。5、 將電流調(diào)節(jié)旋紐調(diào)至“ 0”位后在將沖擊槍的開關(guān)打開，工作指示燈亮，. . .沖擊槍會發(fā)出嗡聲，電流表有數(shù)值顯示，說明設(shè)備工作正常。6、 如果在打開沖擊槍的開關(guān)時(shí)保護(hù)指示燈就亮，請關(guān)閉電源開關(guān)，把沖擊槍開關(guān)打開，重新啟動電源，電源工作指示燈亮，說明設(shè)備工作正常，如果反復(fù)啟動無效，請與我公司聯(lián)系。7、 工作時(shí)，根據(jù)工件的材質(zhì)將電流調(diào)節(jié)到表一所列的圍。8、 設(shè)備在工作過程如要中斷處理，可將沖擊槍上的開關(guān)關(guān)掉，防止沖擊頭發(fā)熱。此開關(guān)對控制箱有遠(yuǎn)程控制功能，使控制箱處在待機(jī)狀態(tài) , 待機(jī)指示燈亮。9、 沖擊槍開關(guān)在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，如要開始

15、工作請將電流調(diào)節(jié)旋鈕旋至“0”位，再打開沖擊槍開關(guān)，并將電流調(diào)至工作電流進(jìn)行處理。10、超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備槍使用一段時(shí)間后，沖擊針的頭部會磨平，用隨設(shè)備的專用扳手，擰下沖擊座，取下沖擊針，在砂輪上把沖擊針的頭部、磨成半球形，但要使三根針的長度基本一致，然后裝入沖擊座，用扳手?jǐn)Q緊。如有沖擊針斷了，請按上述方法更換。（ 2）用于提高焊接接頭疲勞性能的使用方法1、 用手握手柄，將沖擊槍的沖擊頭對準(zhǔn)焊縫的焊趾，且基本垂直于焊縫。2、 沖擊頭的沖擊針陣列沿焊縫方向排列，具體操作如圖示。3、 處理焊縫時(shí)，用沖擊槍對焊趾部分略使一定力，使沖擊槍基本在自重作用下對焊縫進(jìn)行沖擊處理。4、 在處理過程中，沖擊

16、槍在垂直于焊縫的方向做一定角度的擺動，并沿焊縫來回移動，使焊趾部位獲得理想的光滑過渡外形。如下圖中的圖 11所示：（A）對接接頭. . .1：原始焊態(tài)2：超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理態(tài)圖 9：對接接頭超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理前后的焊縫形狀（ B）十字接頭1：焊接母材2：焊縫3：焊接母材4：超聲波處理線圖 10：十字接頭超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理前后的焊縫形狀. . .焊縫超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)超聲波焊接應(yīng)力消母材除設(shè)備圖 11：超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備處理后的焊縫縱向剖面圖5、 為了獲得較好的處理效果，可對焊縫進(jìn)行多次沖擊處理。在沖擊處理中要掌握處理速度，一般結(jié)構(gòu)件控制在每分鐘500MM的速度較好

17、，對有特殊要求的和焊縫不規(guī)則的可適當(dāng)放慢，這樣有助于獲得良好的處理效果。6、 借助于焊接機(jī)器手（人） ，可實(shí)現(xiàn)對焊縫的自動處理。（ 3）用于對零件表面進(jìn)行強(qiáng)化的使用方法1、 用手握手柄，將沖擊槍的沖擊頭對準(zhǔn)要處理的零件表面，且基本垂直于零件表面。2、 強(qiáng)化處理時(shí)，用沖擊槍對零件表面略使一定力，使沖擊槍基本在自重作用下對零件表面進(jìn)行沖擊處理。3、 在處理過程中，要使需要被強(qiáng)化的零件表面都要被沖擊到，且沖擊的密度越大，沖擊的電流越強(qiáng)，表面被強(qiáng)化的效果越好。4、 借助于機(jī)床，將沖擊槍固定在刀架上可實(shí)現(xiàn)對工件表面強(qiáng)化的自動處理。（ 4） 用于消除焊接應(yīng)力和減少焊接變形的處理方法1、工件在焊接成形時(shí)，焊

18、縫及焊縫附近的金屬要由高溫迅速冷卻到室溫。由于冷卻速度快，溫度梯度大，所以在焊縫最后熔合的一面的焊縫附近產(chǎn)生很大的焊接拉應(yīng)力，從而引起工件的焊接變形。2、用手握手柄，將沖擊槍的沖擊頭對準(zhǔn)焊縫處的母材上（一般稱之為熱影. . .響過渡區(qū)），且基本垂直于母材表面。3、略使一定力， 使沖擊槍基本在自重的作用下對焊縫處的母材表面進(jìn)行沖擊處理，從而消除殘余拉應(yīng)力，借助拉應(yīng)力的釋放，使得整個(gè)應(yīng)力場發(fā)生改變，使工件發(fā)生塑性變形，逐漸向常態(tài)恢復(fù)。4、為了獲得較好的處理效果，可對焊接拉應(yīng)力較大的部位都進(jìn)行沖擊處理，這樣可使工件得到最大的變形恢復(fù)。六、產(chǎn)品成套性SMK系列超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備裝置，每臺裝箱附件如下所列：（1）、控制器