AYS-3000型超聲沖擊消除應(yīng)力裝置
一、概 述
超聲波時(shí)效法是國(guó)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。該方法首先在前蘇聯(lián)的烏克蘭延生，于二十世紀(jì)六十年代在美國(guó)得到迅速發(fā)展，在第十三屆國(guó)際焊接學(xué)會(huì)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)國(guó)家迅速得以推廣應(yīng)用，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，超聲波時(shí)效處理的工藝及設(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(wú)污染。
AYS-3000型超聲沖擊消除應(yīng)力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(duì)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(zhǎng)5—100倍。由于采用超聲沖擊處理后，省去了傳統(tǒng)的打磨及去渣工序，節(jié)約了勞動(dòng)時(shí)間20%，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。
同時(shí)，該方法也廣泛地應(yīng)用于以下三個(gè)方面：（1）對(duì)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(chǎng)，減少焊接變形，保證工件的尺寸穩(wěn)定性；（3）對(duì)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(guó)外機(jī)械制造工程中，特別是對(duì)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。
AYS-3000型超聲沖擊與國(guó)外同類設(shè)備相比，體積減少60%—70%；重量減輕50%—60%；效率提高2—3倍；可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)間斷工作，且無(wú)需水冷；沖擊力大，處理效果好；性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)，其性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
二、超聲波焊接應(yīng)力消除法的基本原理
1、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(yīng)力場(chǎng)，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。
所以超聲沖擊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(zhǎng)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)化金屬零件表面，提高表面質(zhì)量和使用壽命。該設(shè)備高效、節(jié)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。
圖1：超聲沖擊處理前焊縫處的殘余應(yīng)力分布
圖2超聲沖擊處理后焊縫處的殘余應(yīng)力分布
2、超聲沖擊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(duì)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。
超聲波時(shí)效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(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(chǎng)，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(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是用X衍射法顯示的超聲沖擊處理對(duì)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(duì)焊縫的實(shí)際效果圖
三、AYS-3000型超聲沖擊的應(yīng)用領(lǐng)域：
廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁工程、軍工、航空、航天、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(duì)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(duì)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，超聲波焊時(shí)效儀在機(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)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
四、AYS-3000型超聲沖擊的作用：
1. 可使焊接接頭疲勞強(qiáng)度提高50%-120%，疲勞壽命延長(zhǎng)5—100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(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?cè)械膽?yīng)力場(chǎng),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(duì)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。
五、AYS-3000型超聲沖擊對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的突出貢獻(xiàn)：
1. 增加金屬結(jié)構(gòu)件在動(dòng)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
六、超聲波焊接應(yīng)力消除法相對(duì)于傳統(tǒng)工藝方法的優(yōu)勢(shì)：
1. 超聲波焊接應(yīng)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(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(dòng)時(shí)效等時(shí)效方法，且處理工藝簡(jiǎn)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(dòng)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(lái)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(chǎng)地，不存在噴丸回收和噴丸傷人的問題，改善了工作環(huán)境， 環(huán)保、節(jié)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(gòu)件向常態(tài)恢復(fù)，是目前很方便的校形工具。
超聲波焊接應(yīng)力消除處理占地少，不受工件材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、重量之限制，使用起來(lái)靈活方便。
七、主要技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)
1、控制器技術(shù)參數(shù)
|
參 數(shù) |
規(guī) 格 |
|
AYS-3000 |
|
輸入電壓（V） |
220V±10%/50HZ |
|
輸出功率（W） |
1000 |
|
輸出頻率范圍（KHZ） |
18-22 |
|
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(duì)濕度：≤92% |
|
輸出電纜長(zhǎng)度（m） |
8 |
|
外形尺寸（mm） |
400×240×360 |
|
重量（Kg） |
15 |
2、沖擊槍技術(shù)參數(shù)
|
參 數(shù) |
規(guī) 格 |
|
AYS-3000 |
|
工作頻率（KHZ） |
20 |
|
工作方式 |
手動(dòng) |
|
額定功率（VA） |
1000 |
|
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 |
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重量(kg) |
4 |
