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超声波去应力和振动时效设备的异同

更新时间:2022/4/1  点击数:273


很多人都误以为振动时效就是超声波去应力设备。实际上超声波去应力设备一般成为超声冲击,或者豪克能焊接应力消除设备(这两个也是有区别的)。两者从工作原理和应用对象方面都有区别。

振动时效又称振动消除应力,简称VSR( vibra orys ress relief),是利用受控振动能量对试件进行振动处理。消除其残余应力,防止试件变形和开裂使尺寸精度获得稳定的一种方法,其实质是以振动的形式给试件施加附加应力。当附加交变应力与残余应力叠加后,达到或超过材料的屈服极限时,即I'o,(交变应力)+o n(残余应力)> o,(屈服极限>试件将发生微观或宏观塑性变形,从而降低和均化试件内的残余应力,使其尺寸精度趋于稳定。


振动时效的特点

1)投资少。热时效消除应力需要建造大型时效炉,造价昂贵,利用率低。采用振动时效则可避免这些问题。与热时效相比,振动时效无需庞大的热时效炉,可节省占地面积与昂贵的设备投资。

2)生产周期短。自然时效需经几个月长期放置,热时效需经数十小时周期,而振动时效则只需振动数十分钟。另外,振动时效不受场地限制,可减少试件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上,不仅能使生产安排更紧凑,而且可以消除加工过程中产生的应力。

3)使用方便。振动时效时振动设备体积小,重量轻,便于携带。由于振动处理不受场地限制,振动装置又可携至现场,所以这种工艺与热时效相比,使用简便,适应性更强。

4)节约能源,降低成本。振动时效工艺相对于热时效工艺来说,在减少资源消耗和大气污染的环境指标中占绝对优势。实践证明,功率为 186~746 W的机械式激振器可振动150 t以下的试件,故粗略计算其能源消耗仅为热时效的3%~5%,成本仅为热时效的8%~10%。

5振动时效可避免金属试件在热时效过程中产生氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。

而我们说的超声波去应力,一般也成为超声冲击。华云类似的产品是豪克能焊接应力消除设备。因为这种超声波去应力方式,和振动时效最大的区别,主要是振动时效用于工件整体,而超声波应力消除设备主要针对工件的局部区域,多半是应用在工件的焊接区域。这是由超声冲击设备本身特点决定的。

超声冲击设备利用冲击头以每秒约2万次的频率,利用大功率能量冲击金属表面(豪克能焊接应力消除设备做到了更高的频率,更大更稳定的能量输出,所以效果也比普通超声冲击设备要好得多)
在高频、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;同时超声冲击改变了原有的应力场,产生有益的压应力;高能量冲击下金属外表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。

洛阳某重工厂采用豪克能焊接应力消除设备,对罐体埋弧焊,分层处理,消除应力,效果非常好。

超声波去应力效果及应用场合

(1〕在使用超声波进行冲击处理消除剩余应力时,不同冲击电流和冲击时间下的接头焊接剩余应力消除效果不同,有实验说明当超声冲击时间一定时,提高冲击电流值可以提高剩余应力消除率,但当冲击电流值一定时,提高冲击时间对消除率并没有明显影响。且针对不同位置、不同大小的焊缝,需要选用的冲击工具也不同。

(2〕单面焊双面成型试件的疲劳寿命试验结果那么说明超声波冲击强化无法实现,主要原因是单面焊双面成形焊道反面余高控制难度大、成型差,并且易在根部出现熔合不良等缺陷,应力集中现象对疲劳寿命的降低掩盖了超声波冲击处理对疲劳寿命的改善;但当铣削加工去除了单面焊双面成形反面余高及熔合不良的影响,超声冲击处理后,焊接接头的疲劳性能又有了明显提高。同理,坡口间隙小而深的双面K型焊缝存在类似的问题,K型焊缝单面焊接后,会在另一面形成非常不容易清理的流挂、焊脊〔由于K型坡口角度小、间隙小,空间受限),这些容易在K型焊缝根部位置造成未熔合缺陷。

(3〕超声波去应力工艺可在矿山机械这种超长寿命的服役要求及恶劣的作业工况中使用。超声波冲击处理焊缝可应用在承受较大工作应力的外露对接焊缝,以及应力状态较为复杂的交叉焊缝接头部位、圆弧及折弯成型部位焊缝,内部焊缝根据作业空间情况,主要处理交叉接头部位,其余部位不做处理〔例如长直角焊缝)。超大型结构件如果具备双面处理条件,原那么上同一焊缝内外双面均须处理。

超声波冲击需对每条焊缝进行处理,看似较为繁琐。但对于大型重要的结构件,其处理的意义是巨大的。尤其针对大型结构件,使用超声波冲击这种特殊设备对焊缝处理,对防止后续的失效、提高结构件的疲劳强度有很好的经济效益,再者对于后续大型结构件的修复来说,使用超声波冲击处理能够很好的去处局部焊接修复应力,研究说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。

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