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任意时间、任意工序的高效焊缝后处理——超声喷丸焊缝后处理技术

日期:2020-07-30 / 人气:

超声振动消除应力处理能同时改善影响焊缝疲劳性能的几个方面的因素,如:残余应力、微观裂纹和缺陷、焊趾几何形状、表面强化等,操作灵活,所以是目前提高焊缝疲劳性能的理想的方法,且有事半功倍之效果。超声喷丸焊缝后处理能够消除80~100%的残余应力,可使焊接接头疲劳强度提高50%-120%,疲劳寿命延长5-100倍,使金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力提高约400%。
在工业应用中,超声喷丸焊缝后处理技术能够高效解决大型焊接结构的焊接残余应力问题。例如具有代表性的应用是在船舶行业,随着各类船舶整体强度要求的日益提升,焊接技术作为保证船舶整体密性和强度的关键技术,承载着提高国家船舶工业质量的重要角色,而超声喷丸技术作为解决大型焊接结构的焊接残余应力问题的有效技术,非常有益于提高我国船舶行业的整体质量水平。
 

— 超声喷丸焊缝后处理技术原理 —

 
金属工件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中都会产生残余应力,残余应力值高者(单位为Pa)在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用;如降低构件的实际强度、降低疲劳极限,造成应力腐蚀和脆性断裂,由于残余应力的松弛,使零件产生变形,大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除工件的残余应力十分必要,特别是在航空航天、船舶、铁路及工矿生产等应用中,由残余应力引起的疲劳失效更不容忽视。
目前针对残余应力的不同处理方法有:自然时效方法和人工时效方法(包括热处理时效、敲击时效、振动时效、超声冲击时效等)。而由于船舶等行业特殊的工况要求,部分传统的时效方法无法进行处理,只有敲击时效和超声冲击时效能够满足实际的工作需求。
超声冲击是敲击时效的发展。超声喷丸焊缝后处理设备利用超声信号发生器,将普通220v/50Hz的电信号转化为超声振动信号,经由换能器,将电能转化为高频振动的机械能,通过变幅杆调整超声振动的振幅,带动冲击撞针对焊缝进行处理。
 
超声冲击技术的特点是单位时间内输入能量高,实施装置的比能量(输出能量与装置质量之比)大。振动处理频率可高达18KHZ-27KHZ,振动速度可达2m/s-3m/s,加速度高达重力加速度的三万多倍,高速瞬时的冲击能量使被处理焊缝区的表面温度以极高的速度上升到600℃,又以极快的速度冷却。这种高频能量输入到焊缝区表面后,使能量作用区的表层金属的相位组织发生一定的变化: 
 
01使焊缝区的金属表面层内的拉伸残余应力变为压应力,从而能大幅度地提高结构的使用疲劳寿命。 
02表面层内的金属晶粒变细,产生塑性变形层,从而使金属表面层的强度和硬度有相应的提高。 
03改善焊趾的几何形状,降低应力集中。

超声冲击焊缝后处理方案
04改变焊接应力场,明显减少焊接变形。

材料表层深度方向残余应力分布
 
由上图可以看出,在原始焊接状态下,焊接部位呈现拉应力状态(红线);经过不同条件的超声撞针喷丸冲击处理后,应力状态反转为压应力。
 
 

— 高效灵活的超声喷丸焊缝后处理技术—

 
相较于传统的应力消除方法,超声振动应力消除设备优势显著:
优势一:消除焊接残余应力情况远优于其它时效方法,并产生出理想压应力。
  各种时效方法消除残余应力的情况如下:振动时效30~60%、热时效35~80%、超声振动时效80~100%。可使焊接接头疲劳强度提高50%-120%,疲劳寿命延长5-100倍,使金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力提高约400%。
 
优势二:处理工艺简单,效果稳定可靠。
    用于消除焊接应力可完全替代热处理、振动时效等时效方法。想处理哪里就处理哪里,并可在任意时间、任意工序上进行,让你随心所欲,得心应手,使用起来简单方便。
 
优势三:不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量、场地之限制。
  特别是在施工现场、焊接过程和焊接修复时用于消除焊接应力更显灵活方便。例如船舶行业,由于船舶制造和维修过程通常针对大型结构件进行焊接操作,而船体及海上设备受实际工况所限,传统的自然时效效率低下、热时效无法对特大已成型结构进行处理,而振动时效无法针对局部区域进行操作。但是超声冲击时效的灵活性能够很好地满足船舶行业实际的工作需求。超声冲击时效更适用于大型结构件的工地焊缝、超高超低处焊缝、焊接修复焊缝的消除应力处理。
 
优势四:可直接将焊趾处的焊接余高、凹坑、咬边处理成圆滑的几何过渡,从而大大降低应力集中系数。
  可去除焊趾处的微观裂纹、熔渣缺陷,抑制裂纹的提前萌生。
 
优势五:环保、节能、安全、无污染。
 
 

— 超声喷丸焊缝后处理技术应用领域—
 

因其高效、稳定、灵活的特点,超声喷丸焊缝后处理设备被广泛应用于对焊接及表面质量要求很高的船舶、桥梁制造和维修过程中。同时被广泛应用于军工、航空、航天、电力、火车、汽车、铁路、起重设备、石油钻采、机械、压力容器等行业焊接结构件的生产制造过程中,用于大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命、消除焊接残余应力、减少焊接变形等。也普遍地应用于对机械零件焊接修复部位进行消除残余应力和强化处理。
 
 

— 远大超声喷丸焊缝后处理设备参数—

作者:沈阳远大装备科技有限公司