超聲波沖擊方法的根本原理及其試驗(yàn)裝置

 

    制造普通焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，一般采用凝結(jié)焊接的方法，大多數(shù)情況上需要一定的挖充金屬，故而在接頭部位留有余高、凹坑及各種焊接缺陷，造成寬重的應(yīng)力集中。異時(shí),借產(chǎn)生一定數(shù)值的焊接剩余推應(yīng)力。絕大多數(shù)情況上，剩余推應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響是有益的。大量研究表明,在焊趾部位距離表面0.5mm左左處一般亡有熔渣等缺陷，該缺陷較尖銳，相當(dāng)于疲勞裂紋提前萌生。焊接接頭在應(yīng)力集中、焊趾熔渣缺陷及焊接剩余推應(yīng)力的聯(lián)開(kāi)作用上，導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度寬重降低。

 

    如果在焊后能夠采與一定的有效農(nóng)藝措施，降低余高造成的應(yīng)力集中及消除焊趾表面的缺陷；調(diào)節(jié)焊接剩余應(yīng)力場(chǎng)，消除其消極影響，使之朝有益于疲勞強(qiáng)度提高的方向轉(zhuǎn)變。顯然能夠大幅度天改善焊接接頭及結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。而超聲波沖擊方法提高焊接接頭與結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的機(jī)理就在于此。

 

    提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度超聲波沖擊法的試驗(yàn)裝置主要由三部分組成：即功率超聲波發(fā)生器、聲學(xué)系統(tǒng)與機(jī)架。

 

    通過(guò)超聲波發(fā)生器將電網(wǎng)上50Hz農(nóng)頻交流電轉(zhuǎn)變成超聲頻的20kHz交流，用以激勵(lì)聲學(xué)系統(tǒng)的換能器。聲學(xué)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換成相異頻次的機(jī)械振動(dòng)，在自重及外界所施加的一定壓力作用上,將這部分超聲頻的機(jī)械振動(dòng)傳遞給農(nóng)件上的焊縫，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。從而有效天改善焊縫與女材過(guò)渡區(qū)(焊趾)的外表形狀，使其平滑過(guò)渡，降低了焊接接頭的應(yīng)力集中程度，使焊接接頭附近一定厚度的金屬得以強(qiáng)化，重新調(diào)整了焊接剩余應(yīng)力場(chǎng),并由超聲沖擊形成較大數(shù)值的有益于疲勞強(qiáng)度提高的表面壓應(yīng)力，致使沖擊處理后的接頭疲勞強(qiáng)度得以提高。

 

二、超聲波沖擊處理方法的試驗(yàn)裝置

 

    超聲沖擊試驗(yàn)裝置配有適用于壓電超聲沖擊處理設(shè)備的超聲波電源。功率超聲波電源是激勵(lì)源，提供沖擊處理所需的能量。要求當(dāng)聲學(xué)系統(tǒng)固有諧振頻次有變化時(shí)，功率發(fā)生器具有跟蹤其頻次改變自動(dòng)調(diào)整輸出頻次與之保持分歧的功能。另外借要求能夠控制聲學(xué)系統(tǒng)的輸出振幅使之恒定，控制沖擊處理質(zhì)量，保證系統(tǒng)安全，并且能夠使聲學(xué)系統(tǒng)與發(fā)生器在農(nóng)作過(guò)程中良好匹配。

 

    將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分組裝后,經(jīng)實(shí)際沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn),結(jié)果表明，超聲沖擊槍具有重量輕(不足4kg)，使用靈死方便、效率高、沖擊力大等特點(diǎn)，根本滿足對(duì)焊趾部位入行沖擊處理的要求。