AYS-3000型超聲沖擊消除應力裝置
一、概 述
超聲波時效法是國外較流行的焊后處理、表面局部強化和消除殘余應力的方法。該方法首先在前蘇聯的烏克蘭延生，于二十世紀六十年代在美國得到迅速發展，在第十三屆國際焊接學會上被公認為是提高焊接結構疲勞性能最有效的方法，并在發達國家迅速得以推廣應用，經過半個多世紀的發展，超聲波時效處理的工藝及設備已日趨完善，該方法的執行機構輕巧，使用靈活方便、噪音小、效率高、成本低、節能、無污染。
AYS-3000型超聲沖擊消除應力裝置作為焊后處理設備，它能同時改善影響焊縫質量的多個因素，如應力、缺陷、焊趾幾何形狀、表面強化等幾個方面，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度提高50%-120%，疲勞壽命延長5—100倍。由于采用超聲沖擊處理后，省去了傳統的打磨及去渣工序，節約了勞動時間20%，降低了勞動強度，提高了生產效率。
同時，該方法也廣泛地應用于以下三個方面：（1）對金屬零件表面進行強化處理，以提高零件的表面質量和疲勞壽命；（2）調節應力場，減少焊接變形，保證工件的尺寸穩定性；（3）對機械零件局部焊接修復部位進行消除焊接應力的處理?，F在該方法在國外機械制造工程中，特別是對疲勞性能有較高要求和要求消除殘余應力的焊接結構工程中已普遍使用。
AYS-3000型超聲沖擊與國外同類設備相比，體積減少60%—70%；重量減輕50%—60%；效率提高2—3倍；可長時間無間斷工作，且無需水冷；沖擊力大，處理效果好；性能穩定可靠，使用壽命長，其性能已達到國際先進水平。
二、超聲波焊接應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，使金屬表層產生較大的壓縮塑性變形；同時超聲沖擊波改變了原有的應力場，產生一定數值的壓應力；并使被沖擊部位得以強化。
所以超聲沖擊能夠顯著提高金屬焊接接頭及結構的疲勞強度,大幅度延長其疲勞壽命；消除殘余拉應力，并使被沖擊部位產生壓應力（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力集中系數，其效果大大優于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，提高表面質量和使用壽命。該設備高效、節能、無污染、使用方便，不受工件形狀、場地、環境的限制, 處理效果顯著。
圖1：超聲沖擊處理前焊縫處的殘余應力分布
圖2超聲沖擊處理后焊縫處的殘余應力分布
2、超聲沖擊提高焊接接頭疲勞性能的基本原理
金屬結構件在焊接時，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，造成嚴重的應力集中；同時還產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，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，使之產生較大的壓縮塑性變形，使焊趾處產生圓滑的幾何過渡，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，消除其焊接拉應力，在焊趾附近產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，超聲沖擊能同時改善影響焊縫疲勞性能幾個方面的因素，如：焊趾幾何形狀、殘余應力、微觀裂紋和熔渣等缺陷、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際效果圖。
圖3：X衍射法顯示的超聲沖擊處理對焊縫的實際效果圖
三、AYS-3000型超聲沖擊的應用領域：
廣泛應用于船舶、橋梁工程、軍工、航空、航天、電力、火車、汽車、鐵路、起重設備、石油鉆采、機械、壓力容器等行業焊接結構件的生產制造過程中,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；同時該裝置也普遍地應用于對機械零件焊接修復部位進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，超聲波焊時效儀在機械制造業的制造和維護過程中具有廣闊的應用前景，必將產生巨大的社會效益和經濟效益。
四、AYS-3000型超聲沖擊的作用：
1. 可使焊接接頭疲勞強度提高50%-120%，疲勞壽命延長5—100倍。
2. 是目前最徹底消除殘余拉應力，并產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,明顯減少焊接變形。
6. 局部強化處理,提高零件表面質量和疲勞壽命。
7. 于對機械零件局部焊接修復部位進行消除焊接應力和強化處理
8. 提高金屬在腐蝕環境下的抗腐蝕能力約400%
9. 同時改善影響焊縫疲勞性能幾個方面的因素：焊趾幾何形狀、殘余應力、微觀裂紋和熔渣等缺陷、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、AYS-3000型超聲沖擊對金屬結構的突出貢獻：
1. 增加金屬結構件在動載荷和腐蝕環境下的使用壽命
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域；
5. 增加了金屬結構件在制造和使用過程中的結構穩定性
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勢：
1. 超聲波焊接應力消除處理能同時改善影響焊縫疲勞性能的幾個方面的因素，如：殘余應力、微觀裂紋和缺陷、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時效等時效方法，且處理工藝簡單，效果穩定可靠。想處理哪里就處理哪里，并可在任意時間、任意工序上進行，讓你隨心所欲，得心應手。不象振動時效那樣，工藝復雜且時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，且節省場地，不存在噴丸回收和噴丸傷人的問題，改善了工作環境， 環保、節能、安全、無污染。
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、形狀、結構、重量之限制，使用起來靈活方便。
七、主要技術指標與技術參數
1、控制器技術參數
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參 數 |
規 格 |
|
AYS-3000 |
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輸入電壓（V） |
220V±10%/50HZ |
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輸出功率（W） |
1000 |
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輸出頻率范圍（KHZ） |
18-22 |
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顯示方式 |
LED |
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顯示精度 |
1% |
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冷卻方式 |
風冷 |
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使用環境 |
溫度：-30℃—40℃
相對濕度：≤92% |
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輸出電纜長度（m） |
8 |
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外形尺寸（mm） |
400×240×360 |
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重量（Kg） |
15 |
2、沖擊槍技術參數
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參 數 |
規 格 |
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AYS-3000 |
|
工作頻率（KHZ） |
20 |
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工作方式 |
手動 |
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額定功率（VA） |
1000 |
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最大輸出振幅（μm） |
50 |
|
處理速度（m/h） |
20-40 |
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冷卻方式 |
風冷 |
|
沖擊針直徑（mm） |
3-6 |
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外形尺寸（mm） |
100*100*480 |
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重量(kg) |
4
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