超声波冲击设备 消除应力原理
豪克能时效替代超声冲击消除焊接应力的研究
超声冲击：能量小，频率低，聚焦性差，性能不稳定。
豪克能消除焊接应力作业图
山东华云机电科技有限公司
豪克能相对于超声冲击的优势
1、是目前最彻底消除焊接残余应力并产生出理想压应力的时效方法（各种时效方法消除残余应力 的情况如下：振动时效 30～55％、热时效40～80%、豪克能时效80～100％）。 2、可使焊接接头疲劳强度提高50%-120%，疲劳寿命延长5-100倍。金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力提高约400%。 3、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，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，使用起来简单方便）。 4、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。 5、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。 6、可去除焊趾处的微观裂纹、熔渣缺陷，抑制裂纹的提前萌生。
超声冲击(UIT/UP)技术由世界闻名的乌克兰Paton焊接研究所在1972年最早提出，并由Paton焊接研究所和俄罗斯
“量子”研究院共同开发成功，最早用于前苏联海军船只的降低焊接残余应力，引入有益的压应力。1974年，
Polozky等人公开发表了将超声冲击技术应用于消除焊缝残余应力的文章。
超声冲击设备介绍：
山东华云机电科技有限公司
豪克能相对于超声冲击的优势
7、因为豪克能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，所以是目前提高焊缝疲劳性能最有效的方法，且有事半功倍之效果。
8、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。
杭州超声波应力消除原理
杭州超声波应力消除原理
杭州超声波应力消除原理
超声波应力消除（ultrasonic stress relieving）是一种非焊接性的金属应力消除技术，它利用超声波振动和热能来处理金属表面的应力，从而使金属表面的应力消失或者明显地降低，及产生一个均匀、稳定的结构。
应力消除后的产品更加稳定，会获得更好的结构。
应力消除是指给予金属表面一种特殊的振动，以消除因加工而产生的应力，使金属表面的应力消失或者达到良好的状态。
超声波应力消除的工作原理是利用超声波来产生热能和振动，从而使金属表面的应力消除，同时通过热能使金属表面受热，进而增加金属表面的热涨缩，从而形成均匀的结构。
超声波应力消除技术在金属表面应力消除方面有着极佳的发展
前景，它利用超声波和热能来消除因加工产生的应力从而使金属表面的应力消失或者明显降低，而且有助于形成均匀的结构。
它可以以低热效应的方式来部署，在制造过程中很容易执行，且产生极少的废品。
此外，它还具有高效率、灵活、成本低廉的优点，是当今金属表面应力处理的理想技术。
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杭州超声波应力消除原理
杭州超声波应力消除原理
杭州超声波应力消除原理
杭州超声波应力消除是一种由电磁波技术发展而来的新技术。
它的基本原理是：超声波穿过物体的缺块，进而产生一种精确的驱动力，使物体中的应力集中在某一点，从而消除物体中的应力。
杭州超声波应力消除的原理是：当物体处于强应力环境中时，其应力分布在表面上，而超声波电磁波有机组成，其中包括等功率(ErP)、脉冲宽度和脉冲宽度等，当电磁波到达物体表面时，电磁波的这三个量将大大影响物体中的应力分布。
超声波电磁波具有抑制作用，这是因为穿过物体的缺块时，它产生的电磁波使物体的应力集中在某一点，从而消除物体中的应力。
杭州超声波应力消除技术，正是利用上述原理，通过精确控制超声波穿过物体的缺块时，实现消除物体中的应力。
通过调整电磁波的强度，调整等功率(ErP)、脉冲宽度和脉冲宽度等，可以消除物体中
应力的分布，实现物体中应力的消除。
杭州超声波应力消除技术不仅可以用于金属材料的应力消除，还可以用于抗击病毒、抗击细菌、免疫抗体等，从而起到提高机体免疫力的作用。
因此，杭州超声波应力消除技术既是一种新型的材料加工技术，也是一种有效的生物医学技术，未来发展将会更加广泛。
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超声波冲击消除焊接残余应力工艺规程(修改)
冲击频率：选用20kHZ。在冲击头重量、冲击幅度一定时，频率决定冲击能量。
输出振幅：冲击头冲击振幅选定40μm。振幅也影响其冲击能量及塑性变形层深和时效层深。
冲击方向：冲击过程中，冲击头与焊缝表面垂直并做一定角度的摆动，且应沿焊缝来回移动。如图5。
处理速度：对板厚（δ=28～50mm）的角焊缝，冲击头移动速度一般在150mm/min左右。
1编制说明
本工艺规程根据招标文件、设计图纸及《设计技术交底》，并结合相关桥梁制作经验进行编制。
2超声波冲击调整焊接残余应力的目的
超声波冲击调整焊接残余应力的目的：降低焊接残余应力峰值，改善焊接部分的受力性能，提高焊接接头的疲劳性能，延长桥梁的使用寿命。
3超声波冲击时机
超声波冲击应在焊缝变形矫正、外观检验及无损检验合格后，且在焊缝外形修磨、检验合格后进行。
8.2应力测试方法：应力测点均在焊趾处，探头所选用尺寸为14×14mm2,所测应力为层深（δ）1.96mm处的平均应力。超声波冲击前后均对同一测点进行应力测试。应力测试灵敏系数选用K≥0.012mA/Mpa。
8.3测点布置：应力测量点布置在焊缝的焊趾处。
8.3.1钢槽梁部分，每一制造轮次中选取一个梁段，分别对腹板与底板及顶板各一条角焊缝进行冲击前后的应力测量；测点间距不得大于3000㎜。梁段长度L≤6000㎜时，测3点；梁段长度6000＜L≤9000㎜时，测4点；梁段长度9000＜L≤12000㎜时，测5点。以上测量点不含母材测量点，所选梁段母材测量1点，选在所选焊缝底板上的适当位置，且距腹板与底板角焊缝焊趾60～80mm。
4结构特点与超声波冲击调整焊接残余应力要求
4.1钢槽梁部分
钢槽梁断面为开口单箱单室断面，为全焊结构，腹板与顶、底板焊缝为厚板熔透角焊缝，焊接约束度大，焊后有较大焊接残余应力，为改善此部位受力性能，需要采用超声波冲击方法调整焊接残余应力。如图1中数字序号为需要调整焊接残余应力的焊缝。
超声波振动去应力
超声波振动去应力
超声波振动是一种常见的物理现象，它在应力领域中具有广泛的应用。
本文将以人类的视角，用简洁而生动的语言描述超声波振动的应力效应。
超声波振动是指高频率的机械波在介质中传播时产生的振动现象。
这种振动一般在20kHz以上，超出了人耳的听觉范围。
然而，尽管我们无法听到超声波，但它的应力效应却深深地影响着我们的生活。
超声波振动在医学领域发挥着重要的作用。
医生可以利用超声波的振动来进行诊断和治疗。
例如，超声波振动可以用于检查人体内脏器官的结构和功能，帮助医生准确诊断疾病。
此外，超声波振动还可以用于碎石手术、癌症治疗等医疗操作，减少患者的痛苦和恢复时间。
除了医学，超声波振动还在工业领域发挥着重要作用。
它可以被用来检测材料的缺陷，例如金属中的裂纹或气泡。
超声波振动可以穿透物体并反射回来，通过分析反射信号，工程师可以判断材料的质量和安全性。
此外，超声波振动还可以用于清洗和焊接，提高生产效率和质量。
超声波振动还广泛应用于环境保护领域。
例如，超声波振动可以用于清洗污染的空气和水。
通过超声波的振动效应，有害物质可以被分解和去除，从而净化环境。
超声波振动在医学、工业和环境保护等领域都起着重要的作用。
它的应力效应不仅帮助我们诊断疾病、改善生产效率，还促进了环境保护和资源利用。
通过人类的视角，我们可以更好地理解超声波振动的应力效应，感受到它给我们带来的便利和福祉。
让我们珍惜和利用这一物理现象，共同创造更美好的未来。
超声波锤击设备应力消除技术
超声波锤击设备应力消除技术
超声波锤击设备主要特点:
1.彻底消除工件表面或焊缝区有害残余应力，形成有益压应力；
2.使焊址表面产生压缩塑性变形，消除焊趾表面的缺陷，降低应力集中使焊趾部位得到强化和硬化；
3.显著提高焊接件疲劳强度和疲劳寿命；
4.提高工件表面硬度和耐腐蚀性；
5.全数字化控制电源可预设控制，人机对话，软件升级等，操作非常方便可靠。
超声波锤击设备优势：
1.使用数字化超声控制设备，转换率高达96%以上。
2.枪体重量3KG，更轻巧、更灵活、更方便
3.可消除残余应力为100%.
4.应用场所不受限,适用于各种材质、成本低而且节能
5.一次连续工作最长时间可达24小时，而不要额外冷却条件
因此，也称作：超声冲击、超声冲击装置、超声冲击设备、豪克能焊接应力消除设备、焊接应力消除设备、残余应力消除设备、堆焊后表面强化、堆焊应力去除、超声消应设备、超声消应装置、振动时效、残余应力、焊接残余应力、消除残余应力的方法、超声应力消除设备。
焊接应力产生原因及去应力方法
焊接应力产生原因及去应力方法摘要：焊接从本质上来说是一种融化和再凝固的工艺过程，因凝固时间不同，导致先后凝固部分相互作用而产生了内应力。
这种内应力再焊接制造过程中往往带来的都是不好的质量结果，所以我们需要分析其产生原因，针对性采取措施减少焊接应力以及消除焊接应力。
关键词：焊接应力；去应力引言焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
1 产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。
按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。
焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。
间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。
而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。
组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。
虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2 减少焊接应力的措施焊接是产生焊接残余应力的根本原因，减少焊缝数量和尺寸能有效减少焊接量，通过控制焊接量可有效减少应力。
在同等焊接强度下，焊缝尺寸较小的，其焊接残余应力较小。
应尽量避免多条焊缝在同一部位集中，焊缝距离过近时，焊缝间会产生耦合，形成复杂残余应力场，焊缝间距离一般应大于3倍板厚且不小于100mm。
超声波应力消除时效处理
超声波应力消除时效处理
超声波应力消除时效处理是一种有效的金属材料表面处理方法。
在这种处理中，利用超声波振荡的作用对金属材料进行处理，使其从应力状态中逐渐恢复到平衡状态，从而消除应力并提高其性能。
超声波应力消除时效处理的工作原理是基于奥斯特瑞松效应。
这种效应是指在应变的场合下，在材料中会产生声波，而这些声波会引起材料中的应力变化。
超声波通过振荡的方式，可以使材料中的应力分布更加均匀，从而减少应力集中，并提高材料的性能。
对于一些需要特定硬度或强度的金属材料，超声波应力消除时效处理可以帮助调整材料的硬度或强度。
超声波应力消除时效处理的过程通常包括四个基本步骤：清洗、装夹、暴露和冷却。
首先需要对金属材料进行清洗，以确保在处理前表面干净。
然后将材料装夹在超声波振荡器中，开始进行超声波加工过程，直至达到预期效果。
在加工过程中，要确保振荡频率合适，避免对材料造成损害。
暴露时间不能过长，一般在5到30分钟之间。
完成后，需要冷却材料以稳定其性能。
超声波应力消除时效处理的优点是在处理金属材料时不需要额外的化学处理剂，操作过程简单，能在较短的时间内获得较好的效果。
此外，该方法也具备环保优势，因为不需要使用对环境有害的处理剂。
JG-90超声波冲击消除焊接应力工艺
JG-90超声波冲击消除焊接应力工艺
JG-90超声波冲击消除焊接应力工艺
超声冲击是一种高效消除工件表面或焊缝区的残余拉应力，并在工件表面形成压应力的方法。
可显著提高焊接接头的疲劳寿命和疲劳强度。
焊后处理焊趾部位，使之平滑过渡，从而降低余高造成的应力集中，消除焊趾表面的缺陷；同时在焊趾处产生较大的压缩塑性变形，产生了残余压缩应力，调整了焊接残余应力场，并使焊趾部位得到强化和硬化。
以上多方面因素有效地改善了焊接接头的疲劳性能。
超声波消除应力设备简介我公司JG系列超声冲击设备控制电源箱采用模块化设计，在采用高品质材料和元器件的基础上应用先进的生产工艺制造而成。
控制电源内部拥有频率锁相跟踪系统，并率先推出了基于全数字化控制电源。
实现了频率自动扫描、检测、跟踪，故障自动检测保护，功率调整及阻抗调整可预设控制，人机对话，软件升级等，操作非常方便可靠。
超声波消除应力设备处理效果大量实验数据表明，超声冲击可使钢制焊接接头的疲劳强度提高60~180%，疲劳寿命延长10~135倍；使铝、钛有色金属焊接接头的疲劳强度提高26~48%，疲劳寿命延长5~45倍。
超声波消除应力机应用领域超声冲击枪产品也已形成系列化产品，可广泛应用于船舶、石化、航空、铁路、风力涡轮机、钢或复合材料桥梁，重型起重机械等领域，适用于各种材料焊接结构的焊后处理，达到延长焊接结构疲劳寿命、提高其疲劳强度的目的，并且能在一定程度上消除焊接过程应力和残余应力，特别适用于普通接头、承载接头以及异种材料焊接接头等结构的焊后处理。
超声波消除应力。
高频超声波冲击法
高频超声波冲击法是一种高效的方法，可以消除部件表面或焊缝区有害的残余拉应力，并引进有益的压应力。
这种技术利用大功率的能量推动冲击头，以每秒约2万次的频率冲击金属物体表面。
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，同时改变了原有的应力场，产生了有益的压应力。
在高能量冲击下，金属表面温度极速升高又迅速冷却，使作用区表层金属组织发生变化，冲击部位得以强化。
此方法的应用范围已经延伸到各种材料、构件及焊接单元。
然而，此方法也存在一些问题，如能量输出不稳定。
尽管它能消除有害的残余拉应力并强化冲击部位，但由于性能稳定性差，可能会导致产品批量加工中出现不合格的产品，或者一个产品的一部分处理得好，另一部分处理得不好，导致部分废品的产生。
以上内容仅供参考，建议查阅关于“高频超声波冲击法”的学术文献或咨询相关行业专家，以获取更全面准确的信息。
超声波冲击方法机理
超声波冲击方法机理焊接接头是部件耐久性的薄弱环节，因此在开发高性能焊接构件时，提高焊接接头的疲劳强度是一个十分重要的课题。
一般较重要的焊接构件都采用高强度钢制造，随着钢材抗拉强度的提高，其疲劳强度也相应增大。
研究表明，对于焊后不做加工处理的高强度钢结构焊缝而言，由于焊趾处应力集中等因素的作用下，其疲劳强度并不随抗拉强度的提高而增大，故无法体现出使用高强度钢的优越性。
因此，尽管超细晶粒结构钢等高强度钢材本身的强度和性能才是制约结构强度和寿命的主要因素，只有对焊缝进行加工处理，才能根本改善其性能。
研究和实践表明，疲劳断裂是金属结构失效的主要形式，尤其是一些受动载严重的重要结构，焊接接头的疲劳破坏一般起裂于焊接接头的焊趾部位。
如果能改善焊趾处疲劳裂纹的起裂性能，将有效地提高焊接结构的疲劳强度。
超声波冲击传递给工件上的焊缝，使以焊趾为中心的一定区域的焊接接头表面产生足够升读的塑变层，从而有效地改善焊缝与母材过渡区（焊趾）的外表面形状，使其平滑过渡，降低了焊接接头的应力集中程度，使得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，并由超声波冲击形成较大数值的有利于疲劳强度提高的表面压应力，同时改变了围观组织，改善了接头区域的组织，使冲击处理后的接头疲劳强度得以显著提高。
提高焊接接头疲劳强度的超声波冲击的方法摘要通常采用打磨焊趾的方法来改善焊接接头的疲劳强度,而使用超声波冲击焊趾来提高焊接接头及结构的疲劳强度,是一种国际上刚刚出现的新方法.本文研制成功了一种基于压电陶瓷换能器的新型超声冲击试验装置.实际使用过程表明:其执行机构体积小,重量轻,噪音极小,耗能低,使用灵活方便,易于实施.利用该设备,采用Q235钢进行了冲击处理效果的验证性对比疲劳试验.试验结果表明:超声冲击方法对焊接接头疲劳强度的改善效果十分明显,能够提高疲劳寿命20～30倍以上,极具实用价值.同时发现,超声冲击处理能够有效地消除焊趾处浅层裂纹,夹渣等焊接缺陷,该作用也是其提高焊接接头疲劳强度的原因之一.关键词:疲劳强度超声波焊接接头焊趾Ultrasonic Peening Method to Improve Fatigue Strength of Welded JointWang Dongpo,Huo Lixing,Zhang Yufeng,Jing Hongyang,Yang Xinqi(Tianjin University)Abstract:As known to all,to improve the fatigue strength of welded joints,it is necessary to polish the weld toe.Recently it has been found that the fatigue life of welded joint can be increased dramatically by ultrasonic peening the weld toe.In this paper,a ultrasonic peening device based on piezoelectric ceramic transducer is firstly developed successfully.This equipment is convenient because of its small size,light weight,low power consumption as well as other merits.In order to study the effectiveness of peening treatment with the equipment,the fatigue tests has been carried out in Q235 steel.The results show that the fatigue life of the peened joint is 20～30 times as long as the as-welded joints .Therefore,the improvement of the fatigue strength of welded joints by ultrasonic peening is remarkable.It is seen that the weld defects such as shallow cracks and slags at the welded toes can be removed effectively during the ultrasonic peening process.That is a reason for improving the fatigue strength of welded joints with this technique.Key words fatigue strengthz,ultrasonic wave,welded joint,weld toe0 序言疲劳断裂是金属结构失效的主要形式.尤其是一些受动载严重的重要结构.因此,在焊接结构制造过程中或完成后,采取有效的工艺措施,提高它们的疲劳强度意义重大.大量研究和实践表明[1,2],焊接接头的疲劳破坏一般起裂于焊接接头的焊趾部位.如果能改善焊趾处疲劳裂纹的起裂性能,将有效地提高焊接结构的疲劳强度.相关方法很多,如TIG熔修法,机械打磨焊趾法,爆炸法,喷丸法,过载法,局部压延法,局部加热法,锤击法.但这些方法有的仍停留在实验室阶段.目前应用较多的是普通捶击法和TIG熔修法和喷丸法.但TIG熔修法施工工艺复杂,工艺不当反而会造成副作用.这种方法需要保护气体,因此露天采用气体保护难以保证,应用受到一定限制[1].喷丸法是实际应用较多的一种.但这种方法也存在着噪声大,设备庞大,一次投资量大,耗电量大,不利于节能,不能方便地移动作业,野外施工困难.由于丸粒反弹,存在安全防护问题,且丸粒需要回收清理[3].捶击法效率低,劳动强度大,可控性差,效果不稳定[2];噪声也大,故而,如何改善焊接接头疲劳性能仍需大量研究.用超声波冲击的方法来提高焊接接头及结构疲劳强度的研究,在国际上刚刚开始.该方法提高疲劳强度的机理与锤击和喷丸基本一致.但执行机构轻巧,可控性好,使用灵活方便,噪音极小,效率高,应用时受限少,适用于各种接头,成本低而且节能,是一种理想的焊后改善焊接接头疲劳性能的措施[3].因此,本文对该方法进行了详细研究.1 超声波冲击方法的基本原理制造普通焊接结构时,一般采用熔化焊接的方法,大多数情况下需要一定的填充金属,故而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,还产生一定数值的焊接残余拉应力.绝大多数情况下,残余拉应力对焊接结构疲劳强度的影响是不利的.大量研究表明[2],在焊趾部位距离表面0.5 mm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.焊接接头在应力集中,焊趾熔渣缺陷及焊接残余拉应力的联合作用下,导致疲劳强度严重降低.如果在焊后能够采取一定的有效工艺措施,降低余高造成的应力集中及消除焊趾表面的缺陷;调节焊接残余应力场,消除其消极影响,使之朝有利于疲劳强度提高的方向转变.显然能够大幅度地改善焊接接头及结构的疲劳强度.而超声波冲击方法提高焊接接头与结构疲劳强度的机理就在于此.提高焊接接头疲劳强度超声波冲击法的试验装置主要由三部分组成:即功率超声波发生器,声学系统与机架.通过超声波发生器将电网上50Hz工频交流电转变成超声频的20kHz交流,用以激励声学系统的换能器.声学系统将电能转换成相同频率的机械振动,在自重及外界所施加的一定压力作用下,将这部分超声频的机械振动传递给工件上的焊缝,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.从而有效地改善焊缝与母材过渡区(焊趾)的外表形状,使其平滑过渡,降低了焊接接头的应力集中程度,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,并由超声冲击形成较大数值的有利于疲劳强度提高的表面压应力,致使冲击处理后的接头疲劳强度得以提高.2 超声波冲击处理方法的试验装置所研制的超声冲击试验装置的实物图见图1.结构框图见图2.装置配有自行研制成功的世界上第一台适用于压电超声冲击处理设备的专用超声波电源.功率超声波电源是激励源,提供冲击处理所需的能量.要求当声学系统固有谐振频率有变化时,功率发生器具有跟踪其频率改变自动调整输出频率与之保持一致的功能.另外还要求能够控制声学系统的输出振幅使之恒定,控制冲击处理质量,保证系统安全,并且能够使声学系统与发生器在工作过程中良好匹配[3].图1 超声冲击装置实物图Fig.1 Ultrasonic collision device超声冲击试验装置研制的关键在于声学系统的建立[3].由于声学系统需要把超声频的电能转换成同样频率的机械振动,所以要有一个能量转换装置即换能器.作者在超声冲击试验装置中采用的是压电陶瓷式换能器.在世界上首次将压电陶瓷换能器引入到超声波冲击装置中.冲击试验装置的研制结果与冲击试验结果表明,该换能器在工作过程中的温升很小,不需要循环水冷却,输出功率大,性能稳定,并能满足冲击处理的苛刻要求.图2 超声冲击装置的结构框图Fig.2 Structure diagrame of ultrasonic peening device超声冲击的处理对象是焊缝金属,如果要使它的表面产生一定厚度的塑性变形层,不仅需要输入很大的冲击能量,而且要求由冲击装置传来的机械振动具有足够大的振幅.根据计算及有关资料表明[3,5],对于一般的结构钢要求输入到被冲击表面的机械振动幅度达到30 μm 左右时,效果较为明显.而超声换能器的输出振幅较小,一般不超过10 μm[4,6].因此,需要在输出端接一变幅杆将振幅放大来满足冲击处理的要求.因此,我们设计制做了一二分之一波长,带圆锥形过渡段的阶梯型复合变幅杆.测试结果与实际冲击试验表明,所设计的变幅杆性能满足要求.为了让超声波能够很好地作用被冲击的焊趾表面,需要接一加工工具头.加工工具头由一组相同形状的冲击针组成,并称之为针状冲击头.而提高焊接接头与结构疲劳强度的超声冲击方法装置的执行部分由声学系统,外壳及握手构成.根据所设计的外形与用途,将其称之为超声波冲击枪.将各执行机构各部分组装后,经实际冲击试验检验,结果表明,所研制的超声冲击枪具有重量轻(不足4 kg),使用灵活方便,效率高,冲击力大等特点,基本满足对焊趾部位进行冲击处理的要求.3 冲击效果验证性对比试验3.1 试验方法为了证实超声冲击处理方法对提高焊接接头疲劳强度的良好效果,本文进行了验证性对比疲劳试验.由于得到某一寿命下的疲劳强度需较多试件,研究其分散性则更加复杂.因此,本文采用在某一典型应力水平下,用疲劳寿命对比的方式,来验证冲击方法对提高焊接接头疲劳强度的效果.将试件分为三组,每组3个试件.第一组试件不采用超声冲击处理;第二组试件在焊缝四道焊趾全部进行超声冲击处理.第三组试件只对焊缝一侧的两道焊趾进行冲击处理.将第一组与第二组试验结果进行对比;考察第三组试件的疲劳断裂位置,进行补充验证.三组试件形状及几何尺寸见图3.3.2 超声冲击处理的实施方法将超声冲击枪对准试件焊趾部位,且基本垂直于焊缝.冲击头的冲击针阵列沿焊缝方向排列. 略施加一定的压力,使其基本在执行机构(冲击枪)自重的条件下,进行冲击处理.处理时,激励电流为0.5A.为了获得较好的改善疲劳强度的效果,以0.5m/min的处理速度,来回冲击处理4次.冲击处理过程中,冲击枪在垂直于焊缝的方向做一定角度的摆动,以便使焊趾部位获得更好的光滑过渡外形.3.3 试验材料及试件的制做方法采用平板对接接头形式.试验材料为低碳钢Q235板材,力学性能见表1.试件的制备:采用刨削加工出"X"型坡口,然后利用手工电弧焊采用J422焊条进行双面焊接.在焊缝两面都形成明显的余高.焊后用铣床裁成条状试样.。
超声冲击消除残余应力分析
超声冲击消除残余应力分析超声冲击消除残余应力技术是一种非热处理去除零部件表面残余应力的方法，它通过将高能量的冲击波传导到零部件表面，改变其表面晶格结构，从而消除残余应力，提高零部件的疲劳寿命和耐久性。
本文将对超声冲击消除残余应力的原理和应用进行详细分析。
一、超声冲击消除残余应力的原理在传统的金属材料加工过程中，由于加工而产生的残余应力会导致零部件表面发生微小的变形和裂痕，降低零部件的疲劳寿命和耐久性。
超声冲击消除残余应力技术通过在零件表面施加高能量的冲击波，使其原子结构重新排列，摆脱残余应力，提高零部件的强度和耐用性。
超声冲击消除残余应力的原理是基于超声波的物理效应。
超声波是指频率在20kHz以上的波，其能量较高，能够在金属材料中形成一个压力波。
当超声波穿过材料时，它会产生相互作用，产生一个局部的应力波，促使原子重新排列。
此时，当局部的应力波达到超声幅值的临界值时，原子结构发生重组，从而消除残余应力。
二、超声冲击消除残余应力的应用超声冲击消除残余应力技术广泛应用于航空、航天、军工、汽车、电子等行业中的高精度零部件制造。
其主要作用是消除零部件表面的残余应力，提高零部件的强度和耐久性，从而延长零部件的使用寿命。
在零部件制造中，超声冲击消除残余应力技术的应用范围非常广泛。
它可以用来消除各种类型的残余应力，例如焊接、锻造、冷加工、热处理等过程中形成的残余应力。
此外，在一些特殊的应用中，例如激光切割、折弯等过程中容易产生残余应力，超声冲击消除残余应力技术也可以发挥作用。
三、超声冲击消除残余应力技术的优势与传统的热处理技术相比，超声冲击消除残余应力技术优势非常明显。
它不需要加热，不会像传统的热处理过程中那样产生新的变形，也不会导致零部件尺寸变化。
此外，超声冲击消除残余应力技术可以在较短的时间内完成，从而节省了生产时间和成本。
此外，超声冲击消除残余应力技术具有高度可控性和重现性。
它可以通过调整超声波的频率、幅值等参数来实现不同程度的消除残余应力。
超声波振动锤击法消减焊接残余应力的应用
1 序言
我国是钢结构焊接生产大国，随着焊接技术的 不断进步，对钢结构的焊接质量要求越来越严格， 为此焊后对消除或降低焊接残余应力的工艺需求也 同步提高。超声波振动锤击工艺是一种近年来新发 展起来的焊后处理消应力技术，具有能耗低、效 率高等特点。在大厚板的施焊中，因为构件刚性较 大，所以在构件内部会产生很大的焊接残余应力。
度板搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究[J].金属加工 （热加工），2019（9）：8-10. [3] TAN C，YANG J，ZHAO X，et al.Influence of Ni coating on interfacial reactions and mechanical properties in laser welding-brazing of Mg/Ti butted joint[J].Journal of Alloys and Compounds，2018， 764：186-201. [4] QIN G，LEI Z，SU Y，et rge spot laser assisted GMA brazing–fusion welding of aluminum alloy to galvanized steel[J].Journal of Materials Processing Technology，2014，214（11）：2684-2692. [5] 雷振，秦国梁，林尚扬.激光与MIG/MAG复合热源 焊接工艺发展概况[J].焊接，2005（9）：9-13. [6] 吴志明，李金龙，彭章祝.轨道交通车体用铝合金 材料及其焊接技术[J].金属加工（热加工），2021 （2）：5-10. [7] 韩晓辉，李帅贞，毛镇东，等.高速列车用6106-T6 铝合金型材激光-电弧复合焊接工艺及接头性能[J].
超声冲击技术消除焊接应力的原因
焊接应力产生的原因由于焊接过程中热输入量大容易出现焊接变形和残余应力同时填充材料和焊缝两侧材料经过熔化重新结晶最终在焊缝处形成铸态组织容易出现气孔、缩松等缺陷致使焊后接头强度降低一般只有母材强度的50% 左右其应用受到了很大的限制。
为此许多研究人员提出了多种改善高强铝合金焊接接头强度的方法。
从冶金角度采用焊接热模拟试验方法、改变焊丝成分、进行热处理等来改善焊接接头区的组织性能提高其强度; 从力学方面通过外场作用如、温差拉伸、爆炸、碾压、锤击等方法改善焊接接头的性能。
以上技术都能有效地改善高强铝合金焊接接头强度但也存在这样或那样的不足。
超声冲击技术是最新发展起来的一种提高焊接接头疲劳强度的新方法。
超声冲击技术对焊接应力能够有有效消除效果的原因可以从以下几方面来解释。
一、对晶粒组织的改善从显微镜能分辨的尺度来看晶粒的形状发生了明显的变化晶粒被压扁形成了纤维组织。
同时可以看到超声冲击处理后焊缝中无论是气孔的数量还是单个气孔的体积都明显减少焊缝组织更加致密其主要原因是焊缝合金组织经超声冲击处理后产生了大塑性变形其中微小的气孔或缩松被压合从而使组织致密化。
超声冲击处理后焊缝的显微组织发生了明显的变化焊缝表面层发生了剧烈的塑性变形变形程度随着深度的增加逐渐变小这表明在超声冲击过程中变形是由表及里逐渐向心部发展的。
二、增强焊接接头强度的机理超声冲击处理使材料表面产生了剧烈的塑性变形随着塑性变形的进行位错密度不断增加位错在运动时的相互交割加剧从而产生固定割阶、位错缠结等障碍位错运动阻力增大引起变形抗力增加使金属的进一步塑性变形变得困难要继续变形就必须增大外力因此就提高了金属的强度( 加工硬化) 其直接表现就是硬度和后继屈服强度的增加。
这是硬度增加的另一原因。
硬度的提高会使焊接接头的强度得到提高。
焊接接头的抗疲劳性能与晶粒细化有着密切的联系。
在超声冲击处理表面过程中，外加载荷重复作用于表面，使表层晶粒组织产生强烈的塑性变形，随着作用时间的延长，塑性变形量逐渐增大并向深层扩展，使得处理后的晶粒尺寸由表层向心部呈现出梯度分布。
3MW风电塔筒焊接应力消除及提高疲劳强度的方法探析
3MW风电塔筒焊接应力消除及提高疲劳强度的方法探析摘要：随着我国风电市场的迅猛发展，风力发电机组单机容量越来越大，3MW塔筒生产已经越来越普遍，由于发电机及塔筒自重都在增加，塔筒直径及壁板的厚度也越来越大，直径一般达到4700?mm,壁板厚度可达到60?mm,而且每段塔筒的长度均达到15?m以上，塔筒材料是低合金材料Q345E，对于这样的大件要采用热处理的方式消除焊接应力，以目前塔筒厂的生产条件很难达到。
在生产过程中，通过多次试验及残余应力的检测数据，最后采用震动时效结合超声冲击的方法，成功解决了这一技术难题。
关键词:风电塔筒残余应力振动时效超声冲击方法目前国内风力发电机组塔筒制造没有系统的、成熟的、方便可行的消除应力的方法，该文做了这方面的分析及研究，从工程实践中总结了一套比较切实可行的方法。
1 工程概述甘肃瓜州塔筒生产厂承揽了一批3?MW的风电塔架的制造任务，该塔筒为管塔式结构，分为四段塔身和一节基础环，塔筒总高87.6?m，要求对基础环及塔筒上壁板厚度大于30?mm的焊缝进行焊接应力消除，提高焊缝质量，降低延迟裂纹的存在风险。
基础环及四节塔筒的几何形状和重量如下：基础环直径4.7?m，高度2.69?m，重量26t，塔筒直径4.7?m，长度14.477?m，重量86t，钢板厚度在54～36?mm之间。
塔筒直径4.7?m，长度19.96?m，重量75t，钢板厚度在36～26 mm 之间。
塔筒直径4.7米，长度22.32?m，重量62t，钢板厚度在26～18 mm 之间。
塔筒直径4.7/3.07?m，长度30.42?m，重量56?t,钢板厚度16、18?mm.以上数据可看出基础环和塔筒第一、二段需要消除应力，要整体热处理瓜州没有这样的热处理炉，而且这么大直径运输条件也不允许在外地生产。
根据具体条件，最后制定了采用振动时效配合时效冲击的方式消除构件应力并提高焊接接头及结构疲劳强度的方案。
2 原理介绍2.1 振动时效原理振动时效是采用外力振动的方式，使工件内部产生一定周期性交变作用力，作用力和工件本身残余应力叠加，超过工件的微观屈服极限便导致工件发生微观的塑弹性力学变化，从而达到完美的残余应力，使工件内部各方面作用的力基本趋于平衡，防止工件变形，提高工件疲劳极限。
超声波焊接应力消除处理
超声波焊接应力消除处理Ultrasonic Impact Treatment济南斯迈高科机电设备有限公司SimaiHi-tech Machinery &Electronic Equipment Co.，LtdAdd：Jinan shizhong District wangping street 22#，ChinaTel：9 Fax：1地址：济南市中区望平街22号邮编：250001超声波焊接应力消除（超声冲击）设备概述：超声波消除应力技术（也称为超声冲击）最早由乌克兰的Paton焊接研究所提出，并由Paton焊接技术研究所和俄罗斯“量子”研究院共同研发成功。
主要用于焊接结构件的焊接残余应力的消除，并提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命. 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。
超声应力消除技术
超声应力消除技术
超声应力消除设备主要特点:
1.彻底消除工件表面或焊缝区有害残余应力，形成有益压应力；
2.使焊址表面产生压缩塑性变形，消除焊趾表面的缺陷，降低应力集中使焊趾部位得到强化和硬化；
3.显著提高焊接件疲劳强度和疲劳寿命；
4.提高工件表面硬度和耐腐蚀性；
5.全数字化控制电源可预设控制，人机对话，软件升级等，操作非常方便可靠。
超声应力消除设备优势：
1.使用数字化超声控制设备，转换率高达96%以上。
2.枪体重量3KG，更轻巧、更灵活、更方便
3.可消除残余应力为100%.
4.应用场所不受限,适用于各种材质、成本低而且节能
5.一次连续工作最长时间可达24小时，而不要额外冷却条件
因此，也称作：超声冲击、超声冲击装置、超声冲击设备、豪克能焊接应力消除设备、焊接应力消除设备、残余应力消除设备、堆焊后表面强化、堆焊应力去除、超声消应设备、超声消应装置、振动时效、残余应力、焊接残余应力、消除残余应力的方法、超声应力消除设备。
应力去除装置的工作原理
应力去除装置的工作原理一、超声波应力去除装置工作原理超声波应力去除装置就是利用大功率的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塑性变形，同时超声冲击波改变了原有的应力场，产生一定数值的压应力，使超声冲击部位得以强化。
超声波驱动电源通过电缆与设置在外壳内的超声波换能器连接，换能器的振动输出端部与变幅杆连接，变幅杆端部装有冲击针。
超声波驱动电源将市电转换成高频高电压交流电流，输给超声波换能器，然后超声波换能器将输入的电能转换成机械能，即超声波。
其表现形式是换能器在纵向作往复伸缩运动，伸缩运动的频率等同于驱动电源的交流电流频率，伸缩的位移量在十几微米左右。
变幅杆的作用一是将换能器的输出振幅放大，达到100微米以上，另一方面对冲击针施加冲击力，推动冲击针高速前冲。
冲击针冲击工件后，能量向焊缝传递，以达到消除内应力的作用。
冲击头受工件的反作用后回弹，碰到高频振动的变幅杆后，再次受到激发，又一次高速度撞向焊缝，如此反复多次，完成冲击作业。
二、超声波应力去除装置提高疲劳寿命的原理及效果超声冲击技术是一种高效消除部件表面或焊缝区有害残余拉应力，在工件表面形成压应力的方法，可以提高焊接件疲劳寿命和疲劳强度、高效、省时，推广超声波冲击技术符合国家可持续发展战略。
焊后处理焊趾部位，降低余高造成的应力集中，消除焊趾表面的缺陷，同时使焊趾处产生较大的压缩塑性变形，产生一定数值的残余压缩应力，调整了焊接残余应力场，并使焊趾部位材料得以强化和硬化。
大量实验数据表明超声冲击可使钢制焊接接头疲劳强度提高60-180%，寿命延长10-135倍，使铝、钛有色金属焊接接头疲劳强度提高了26-48%，寿命延长了5-45倍，有效改善了焊接接头及结构的疲劳性能。
三、适用领域超声波冲击技术在众多行业得以应用，其中包括：海洋、石油化工、船舶、重型起重机械及起重机、重型模具机械、风力涡轮机、钢或复合材料桥梁、航空和铁路等。
超声炮的作用原理和功效
超声炮的作用原理和功效
超声炮是一种利用超声波产生强大冲击效果的装置。
它的作用原理主要包括两个方面：
1. 超声波冲击效应：超声炮通过电压交变产生高频振动，振动传递到压电陶瓷晶片上，使其产生超声波。
这些超声波在传播过程中会产生高能量的冲击波，具有强大的机械能力。
当超声波冲击波与目标物接触时，会形成高能量的震动冲击，对目标物产生冲击、剥离或碎裂的效果。
对于固体材料和附着物，超声炮能够产生瞬间的高能量冲击波来清除。
2. 超声波共振效应：超声炮在冲击波传输过程中，会产生共振效应。
当冲击波与目标物的频率相匹配时，会引起目标物的共振运动。
这种共振运动会增加目标物的应力和压力，使其更容易受到损坏或剥离。
超声炮的功效主要包括：
1. 清除污垢：超声炮能够通过冲击和剥离的效果，有效清除各种类型的污垢、附着物和悬浮物。
尤其对于较难清除的附着物如油脂、焦油、氧化物等有很好的效果。
2. 剥离涂层：超声炮能够通过产生高能量的冲击波，将涂层从基材上剥离，包括油漆、涂料、粘合剂等。
其剥离效果较其他方法更为彻底、高效。
3. 消除应力：超声炮能够通过产生共振效应，将应力集中在特定区域，从而消除或减小材料内部的残余应力，提高材料的强度和耐久性。
4. 改善表面质量：超声炮能够通过清除表面污垢和剥离涂层，使材料表面更加干净光滑，提高材料的表面质量和附着力。
总之，超声炮以其强大的超声波冲击效应和共振效应，能够有效清除污垢、剥离涂层、消除应力和改善表面质量，具有广泛的应用前景。
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超声波冲击设备消除应力原理
超声波冲击设备消除应力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，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。
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。