超聲波消除焊接應(yīng)力的原理

超聲波消除焊接應(yīng)力法（USR）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次以上的頻率沖擊金屬物體表面，由于超聲波的高頻、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；并使被沖擊部位的殘余應(yīng)力得以消除。

所以超聲波消除焊接應(yīng)力法（USR）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，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)，其效果大大好于熱時(shí)效；消除焊趾表層微小裂紋和焊接缺陷，*制裂紋提前萌生；強(qiáng)化金屬*件表面，提高表面質(zhì)量和使用壽命。

試驗(yàn)器材

試片材料為BT20鈦合金板材，試片規(guī)格為300mm*150mm*1.5mm。

超聲波消除焊接應(yīng)力設(shè)備采用南京聚航科技的JH-q50超聲波焊接應(yīng)力消除設(shè)備，其主要有超聲波發(fā)生器、控制裝置和能量轉(zhuǎn)化沖擊槍組成。超聲波發(fā)生器及控制裝置用來選擇沖擊頻率、沖擊壓力、沖擊速度等參數(shù)。沖擊槍傳遞超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的大功率能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械沖擊動(dòng)能并發(fā)射至金屬焊接。

熱處理設(shè)備為真空熱處理爐，熱處理溫度為800℃，保溫2H，空冷至室溫。

數(shù)據(jù)分析及處理

經(jīng)過超聲波沖擊處理和熱處理消除應(yīng)力處理后的試片所測量的焊縫位置殘余應(yīng)力平均值見表1，試片焊縫接頭的平均機(jī)械性能見表2，焊縫斷面金相組織見圖1.

圖1

由以上圖表可以看出

1. 未經(jīng)過熱處理和超聲波沖擊處理的焊接狀態(tài)試片，焊縫的殘余應(yīng)力*大，均為拉應(yīng)力，縱向殘余應(yīng)力（σ_x垂直于焊縫方向）*大為接頭強(qiáng)度值的50%，橫向殘余應(yīng)力（σ_y平行于焊縫方向）較小，為接頭強(qiáng)度的10%。

2. 經(jīng)熱處理消除應(yīng)力的焊接試片，焊縫的縱向殘余應(yīng)力為接頭強(qiáng)度的33%，橫向殘余應(yīng)力為接頭強(qiáng)度的14%。

3. 經(jīng)超聲波沖擊處理的焊接試片，焊縫殘余應(yīng)力均得到消除，并且變成了應(yīng)力。

4. 從試件焊縫的金相組織看出，經(jīng)過超聲波沖擊處理和真空熱處理獲得的組織基本相同，組織均勻細(xì)化，不再有原來焊縫的粗大鑄造枝晶組織。

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