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效；消除焊趾表層微小裂紋和焊接缺陷，*制裂紋提前萌生；強化金屬*件表面，提高表面質(zhì)量和使用壽命。

試驗器材

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)換為機械沖擊動能并發(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)力為接頭強度的33%，橫向殘余應(yīng)力為接頭強度的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，組織均勻細化，不再有原來焊縫的粗大鑄造枝晶組織。

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