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Zui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(guò)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。

泰克能LZ2000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。

LZ2000型超聲沖擊與國(guó)外同類(lèi)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。

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)沖擊工具以每分二萬(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(guò)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(guò)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。

  超聲波時(shí)效儀線 

  超聲波時(shí)效層10-12mm 

  沖擊時(shí)效層3-5mm 

  塑性變形層1-1.5mm    超聲波沖擊波 

 

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

消除應(yīng)力的方法-振動(dòng)消除應(yīng)力工藝振動(dòng)時(shí)效一般多長(zhǎng)時(shí)間  全自動(dòng)振動(dòng)時(shí)效裝置  振動(dòng)時(shí)效裝置所用激振器功率  振動(dòng)時(shí)效裝置價(jià)格  振動(dòng)時(shí)效裝置能自動(dòng)停止嗎  微電腦振動(dòng)時(shí)效裝置  振動(dòng)時(shí)效廠家  全自動(dòng)振動(dòng)時(shí)效裝置測(cè)試視頻尺寸精度穩(wěn)定性是根據(jù)定期對(duì)構(gòu)件尺寸精度的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它包括兩方面內(nèi)容：一方面是觀測(cè)構(gòu)件尺寸精度隨時(shí)間而發(fā)生的變化量，與熱時(shí)效或精度允差相比較；另一方面是要觀察構(gòu)件在靜、動(dòng)荷載作用后的尺寸精度變化量，同樣與傳統(tǒng)工藝（熱時(shí)效）相比，以鑒定振動(dòng)時(shí)效工藝的可行性。

如果殘余應(yīng)力消除和均化的效果好，那么工件中殘余應(yīng)力的再分布的可能性和程度就比較小，工件的尺寸精度穩(wěn)定性就好。實(shí)踐證明在保持工件尺寸精度穩(wěn)定性方面振動(dòng)時(shí)效技術(shù)比其它傳統(tǒng)的時(shí)效方法更顯優(yōu)勢(shì)

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廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁工程、、航空、航天、電力、火車(chē)、汽車(chē)、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(guò)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(guò)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。