超声波焊接应力消除处理文档格式.docx

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SMK深蓝系列超声波焊接应力消除设备装置的应用领域：

广泛应用于船舶、桥梁工程、军工、航空、航天、工程机械、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；

同时该装置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；

该装置还可对金属零件需要表面强化的部位进行冲击处理，以大幅度提高该部位的疲劳强度和疲劳寿命。

因此，超声波焊接应力消除设备在机械制造业的制造和维护过程中具有广阔的应用前景，必将产生巨大的社会效益和经济效益。

SMK深蓝系列超声波焊接应力消除设备装置的作用：

1.可使焊接接头疲劳强度提高50%-120%，疲劳寿命延长5—100倍。

2.是目前最彻底消除残余拉应力，并产生出理想压应力的工艺方法。

3.有效改善焊趾的几何形状，降低焊缝焊趾处的应力集中，且工艺简单易行，成本低廉。

4.消除焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷，抑制裂纹的提前萌生。

5.改变原有的应力场,明显减少焊接变形。

6.局部强化处理,提高零件表面质量和疲劳寿命。

7.于对机械零件局部焊接修复部位进行消除焊接应力和强化处理

8.提高金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力约400%

9.同时改善影响焊缝疲劳性能几个方面的因素：

焊趾几何形状、残余应力、微观裂纹和熔渣等缺陷、表面强化等，因而能大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。

超声波焊接应力消除设备对金属结构的突出贡献：

1.增加金属结构件在动载荷和腐蚀环境下的使用寿命

2.减少金属结构件在腐蚀疲劳下的维修费用

3.在同样的设计要求下，可使用更少的材料，从而减少了制造和运行成本

4.大幅度提高高强合金钢焊接接头的焊接性能，拓宽了高强合金钢的应用领域；

5.增加了金属结构件在制造和使用过程中的结构稳定性

6.减少了金属结构的使用和维护成本

超声波焊接应力消除设备法相对于传统工艺方法的优势：

1.超声波焊接应力消除设备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，因而能大幅度提高焊缝的疲劳性能，有事半功倍之效果。

2.在消除焊缝焊趾处应力集中方面，是目前最方便、最有效的，其效果远胜于在焊趾处氩弧焊重熔（TIG）或修磨的方法。

3.消除焊接残余应力，完全可替代热处理和振动时效等时效方法，且处理工艺简单，效果稳定可靠。

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。

不象振动时效那样，工艺复杂且时效效果要受诸多工艺参数之影响。

4.完全取代用喷丸方法来提高工件局部疲劳寿命和消除残余应力的表面处理工艺，且效果是喷丸方法不可比拟的，且节省场地，不存在喷丸回收和喷丸伤人的问题，改善了工作环境。

5.有效的在自然条件下使已变形了的焊接构件向常态恢复，因而也是目前很方便的校形工具。

6.超声波焊接应力消除设备处理占地少，不受工件材质、形状、结构、重量之限制，使用起来灵活方便。

7.环保、节能、安全、无污染。

一、概述………………………………………………………………………5

二、超声波焊接应力消除设备法的基本原理………………………………6

（1）超声波焊接应力消除设备的基本原理……………………………6

（2）超声波焊接应力消除设备提高焊接接头疲劳性能的基本原理…7

三、结构与工作原理…………………………………………………………8

（1）设备工作原理图……………………………………………………8

（2）前面板说明…………………………………………………………9

（3）后面板说明…………………………………………………………10

（4）冲击枪说明…………………………………………………………10

四、主要技术指标与技术参数………………………………………………11

（1）设备型号说明………………………………………………………11

（2）主要型号及技术参数………………………………………………11

五、设备使用方法……………………………………………………………13

（1）设备的使用方法……………………………………………………13

（2）用于提高焊接接头疲劳性能的使用方法…………………………14

（3）用于对零件表面进行强化处理的使用方法………………………16

（4）用于消除焊接应力和减少焊接变形的使用方法…………………17

六、设备成套性………………………………………………………………17

七、维修与保管………………………………………………………………18

一、概述

超声波焊接应力消除设备法是国外较流行的焊后处理、表面局部强化和消除残余应力的方法。

该方法首先在前苏联的乌克兰延生，于二十世纪六十年代在美国得到迅速发展，在第十三届国际焊接学会上被公认为是提高焊接结构疲劳性能最有效的方法，并在发达国家迅速得以推广应用，经过半个多世纪的发展，超声波焊接应力消除设备处理的工艺及设备已日趋完善，该方法的执行机构轻巧，使用灵活方便、噪音小、效率高、成本低、节能、无污染。

SMK深蓝系列超声波焊接应力消除设备装置作为焊后处理设备，它能同时改善影响焊缝质量的多个因素，如应力、缺陷、焊趾几何形状、表面强化等几个方面，所以对提高焊接接头的疲劳性能有事半功倍的效果，可使处理后的焊接接头的疲劳强度提高50%-120%，疲劳寿命延长5—100倍。

由于采用超声波焊接应力消除设备处理后，省去了传统的打磨及去渣工序，节约了劳动时间20%，降低了劳动强度，提高了生产效率。

同时，该方法也广泛地应用于以下三个方面：

（1）对金属零件表面进行强化处理，以提高零件的表面质量和疲劳寿命；

（2）调节应力场，减少焊接变形，保证工件的尺寸稳定性；

（3）对机械零件局部焊接修复部位进行消除焊接应力的处理。

现在该方法在国外机械制造工程中，特别是对疲劳性能有较高要求和要求消除残余应力的焊接结构工程中已普遍使用。

SMK超声波焊接应力消除设备装置与国外同类设备相比，体积减少60%—70%；

重量减轻50%—60%；

效率提高2—3倍；

可长时间无间断工作，且无需水冷；

冲击力大，处理效果好；

性能稳定可靠，使用寿命长，其性能已达到国际先进水平。

二、超声波焊接应力消除设备法的基本原理

1、超声波焊接应力消除设备的基本原理

超声波焊接应力消除设备的基本原理就是利用大功率超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面，由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形；

同时超声波焊接应力消除设备波改变了原有的应力场，产生一定数值的压应力；

并使被冲击部位得以强化。

所以超声波焊接应力消除设备能够显著提高金属焊接接头及结构的疲劳强度,大幅度延长其疲劳寿命；

消除残余拉应力，并使被冲击部位产生压应力（如图1、图2）所示，从而提高工件的承载能力；

有效改善焊趾的几何形状，大大降低焊趾处的应力集中系数，其效果大大优于TIG工艺；

消除焊趾表层微小裂纹和焊接缺陷，抑制裂纹提前萌生；

强化金属零件表面，提高表面质量和使用寿命。

该设备高效、节能、无污染、使用方便，不受工件形状、场地、环境的限制,处理效果显著。

2、超声波焊接应力消除设备提高焊接接头疲劳性能的基本原理

金属结构件在焊接时，普遍采用熔化焊接的方法，在金属的填充过程中，在接头部位留有余高、凹坑及各种焊接缺陷，造成严重的应力集中；

同时还产生一定的焊接残余应力。

在绝大多数情况下，残余拉应力对焊接结构的疲劳强度是不利的。

同时，大量研究表明，在焊趾部位距离表面0.5mm左右处一般存有熔渣等缺陷，该缺陷较尖锐，相当于疲劳裂纹提前萌生。

在应力集中、焊趾熔渣缺陷及焊接残余拉应力的联合作用下，焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命被严重降低。

超声波焊接应力消除设备处理法提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命的基本原理是，焊后利用超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率沿焊缝方向冲击焊缝的焊趾部位，使之产生较大的压缩塑性变形，使焊趾处产生圆滑的几何过渡，从而大大降低了焊趾处余高和凹坑造成的应力集中；

消除了焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷，抑制了裂纹的提前萌生；

调整了焊接残余应力场，消除其焊接拉应力，在焊趾附近产生一定数值的残余压应力；

并使焊趾部位材料得以强化。

因此，超声波焊接应力消除设备能同时改善影响焊缝疲劳性能几个方面的因素，如：

焊趾几何形状、残余应力、微观裂纹和熔渣等缺陷、表面强化等，所以，能大幅度提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。

图3是用X衍射法显示的超声波焊接应力消除设备处理对焊缝的实际效果图。

图3：

X衍射法显示的超声波焊接应力消除设备处理对焊缝的实际效果图：

三、结构与工作原理

（1）设备工作原理

SMK系列超声波焊接应力消除设备装置由两部分组成：

控制箱和冲击枪；

控制箱和冲击枪用电缆连接。

其控制部分采用新型高精度锁相和先进的恒幅技术，使设备在使用过程中始终保持输出的稳定性和可靠性，保证处理效果的高效和均匀一致性。

控制箱将电网上的50HZ交流电转变成超音频的交流电，其原理如下：

控制箱输出信号，通过连接电缆来激励冲击枪工作，在冲击枪的自重和外力作用下，使以焊趾为中心的一定区域的焊接接头表面产生足够深度的塑变层，从而有效的改善焊缝与母材过渡区（焊趾）的几何形状，使其平滑过渡，降低了焊接接头的应力集中程度；

并使焊接接头附近一定厚度的金属得以强化；

重新调整了焊接残余应力场，消除了残余拉应力。

（2）前后面板说明：

五、使用方法

（1）设备的使用方法

1、设备开箱后按设备清单检查，观察设备外观应完整无磕碰。

2、用连接电缆把冲击枪和控制箱的输出插座相连，把冲击枪上的开关拨到关闭位置，接通220V电源，电源指示灯亮。

3、必须确认接地良好。

4、按开启按钮，控制器启动，待机指示灯亮，电流表显示“000”，说明设备工作正常。

5、将电流调节旋纽调至“0”位后在将冲击枪的开关打开，工作指示灯亮，冲击枪会发出嗡声，电流表有数值显示，说明设备工作正常。

6、如果在打开冲击枪的开关时保护指示灯就亮，请关闭电源开关，把冲击枪开关打开，重新启动电源，电源工作指示灯亮，说明设备工作正常，如果反复启动无效，请与我公司联系。

7、工作时，根据工件的材质将电流调节到表一所列的范围内。

8、设备在工作过程如要中断处理，可将冲击枪上的开关关掉，防止冲击头发热。

此开关对控制箱有远程控制功能，使控制箱处在待机状态,待机指示灯亮。

9、冲击枪开关在关闭状态时，如要开始工作请将电流调节旋钮旋至“0”位，再打开冲击枪开关，并将电流调至工作电流进行处理。

10、超声波焊接应力消除设备枪使用一段时间后，冲击针的头部会磨平，用随设备的专用扳手，拧下冲击座，取下冲击针，在砂轮上把冲击针的头部、磨成半球形，但要使三根针的长度基本一致，然后装入冲击座内，用扳手拧紧。

如有冲击针断了，请按上述方法更换。

（2）用于提高焊接接头疲劳性能的使用方法

1、用手握手柄，将冲击枪的冲击头对准焊缝的焊趾，且基本垂直于焊缝。

2、冲击头的冲击针阵列沿焊缝方向排列，具体操作如图示。

3、处理焊缝时，用冲击枪对焊趾部分略使一定力，使冲击枪基本在自重作用下对焊缝进行冲击处理。

4、在处理过程中，冲击枪在垂直于焊缝的方向做一定角度的摆动，并沿焊缝来回移动，使焊趾部位获得理想的光滑过渡外形。

如下图中的图11所示：

（A）对接接头

1：

原始焊态2：

超声波焊接应力消除设备处理态

图9：

对接接头超声波焊接应力消除设备处理前后的焊缝形状

（B）十字接头

焊接母材2：

焊缝

3：

焊接母材4：

超声波处理线

图10：

十字接头超声波焊接应力消除设备处理前后的焊缝形状

图11：

超声波焊接应力消除设备处理后的焊缝纵向剖面图

5、为了获得较好的处理效果，可对焊缝进行多次冲击处理。

在冲击处理中要掌握处理速度，一般结构件控制在每分钟500MM的速度较好，对有特殊要求的和焊缝不规则的可适当放慢，这样有助于获得良好的处理效果。

6、借助于焊接机器手（人），可实现对焊缝的自动处理。

（3）用于对零件表面进行强化的使用方法

1、用手握手柄，将冲击枪的冲击头对准要处理的零件表面，且基本垂直于零件表面。

2、强化处理时，用冲击枪对零件表面略使一定力，使冲击枪基本在自重作用下对零件表面进行冲击处理。

3、在处理过程中，要使需要被强化的零件表面都要被冲击到，且冲击的密度越大，冲击的电流越强，表面被强化的效果越好。

4、借助于机床，将冲击枪固定在刀架上可实现对工件表面强化的自动处理。

（4）用于消除焊接应力和减少焊接变形的处理方法

1、工件在焊接成形时，焊缝及焊缝附近的金属要由高温迅速冷却到室温。

由于冷却速度快，温度梯度大，所以在焊缝最后熔合的一面的焊缝附近产生很大的焊接拉应力，从而引起工件的焊接变形。

2、用手握手柄，将冲击枪的冲击头对准焊缝处的母材上（一般称之为热影响过渡区），且基本垂直于母材表面。

3、略使一定力，使冲击枪基本在自重的作用下对焊缝处的母材表面进行冲击处理，从而消除残余拉应力，借助拉应力的释放，使得整个应力场发生改变，使工件发生塑性变形，逐渐向常态恢复。

4、为了获得较好的处理效果，可对焊接拉应力较大的部位都进行冲击处理，这样可使工件得到最大的变形恢复。

六、产品成套性

SMK系列超声波焊接应力消除设备装置，每台装箱附件如下所列：

（1）、控制器1台

（2）、冲击枪1台

（3）、连接电缆（5芯）1根

（4）、电源线1根

（5）、保险丝（10A）2只

（6）、冲击针30只

（7）、产品合格证1份

（8）、使用说明书1份

（9）、产品手提箱2只

七、维修与保管

1、设备必须放在清洁，干燥及无腐蚀性气体的室内。

2、控制箱移动时防止剧烈震动和冲击。

3、控制箱内严禁浸水。

4、冲击枪防止剧烈碰撞、敲击、震动。

5、冲击枪严禁浸水，防止漏电。

6、连接电缆注意保护，防止踩踏、挤压、烧烫等破坏和损伤。

7、设备用完后，要将冲击枪放在室内干燥处。

8、设备长期不用时，要把全部联线拆除，并装入手提箱内。

附：

振动时效+超声波消应力设备（超声冲击）在机械制造行业的应用：

振动时效作为消除残余应力的一种设备对于工件来讲是一种整体时效，其作用有两个：

1、消除应力2、均化应力。

超声波消应力设备（超声冲击）是一种专门针对焊缝应力的消除手段，是目前所有消除应力手段中最彻底的一种手段，而且可以把拉应力处理为压应力，在机械制造业，特别是军工行业得到较大的应用和推广。

在目前的机械制造企业中，越来越多的企业已经考虑采取振动时效+超声波消应力设备（超声冲击）的方式对工件进行消除应力处理，特别是在要求比较严格的设备制造中，这种方式既保证了尺寸性，又使具有较大破坏的焊缝应力得到彻底消除。

比如：

三一重工、中联重科、中铁二十局、成都飞机工业（集团）有限责任公司（军工）、哈飞等。