超聲波消除焊接應力的原理

超聲波消除焊接應力法（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，使金屬表層產生較大的壓縮塑性變形；同時超聲沖擊改變了原有的應力場，產生一定數(shù)值的壓應力；并使被沖擊部位的殘余應力得以消除。

所以超聲波消除焊接應力法（USR）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，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(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。

超聲波消除焊接應力設備采用南京聚航科技的JH-q50超聲波焊接應力消除設備，其主要有超聲波發(fā)生器、控制裝置和能量轉化沖擊槍組成。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)生器產生的大功率能量轉換為機械沖擊動能并發(fā)射至金屬焊接。

熱處理設備為真空熱處理爐，熱處理溫度為800℃，保溫2H，空冷至室溫。

數(shù)據(jù)分析及處理

經過超聲波沖擊處理和熱處理消除應力處理后的試片所測量的焊縫位置殘余應力平均值見表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，焊縫的殘余應力*大，均為拉應力，縱向殘余應力（σ_x垂直于焊縫方向）*大為接頭強度值的50%，橫向殘余應力（σ_y平行于焊縫方向）較小，為接頭強度的10%。

2. 經熱處理消除應力的焊接試片，焊縫的縱向殘余應力為接頭強度的33%，橫向殘余應力為接頭強度的14%。

3. 經超聲波沖擊處理的焊接試片，焊縫殘余應力均得到消除，并且變成了應力。

4. 從試件焊縫的金相組織看出，經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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