[發明專利]一種用于調控焊接殘余應力的多路高能超聲聲場處理裝置

有效

• 申請號: 201310027192.0
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103060545A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 徐春廣;宋文濤;潘勤學;肖定國;徐浪;郭軍;李驍;劉海洋
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D9/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及一種用于調控焊接殘余應力的多路高能超聲聲場處理裝置，特別是涉及一種用高能超聲調控焊接區域殘余應力的系統。

二、背景技術

傳統的消弱和消除殘余應力工藝有自然時效、熱時效技術。自然時效依靠晝夜季節的溫度變化，逐漸造成金屬晶格緩慢滑移，最終達到應力釋放的目的。該方法的不足之處是耗時長、效率低、占地面積大、不易調控。熱時效技術將工件加熱到相變溫度以下，在熱狀態下降低工件屈服極限，從而使殘余應力降低或消除。該方法的不足之處是周期長、能耗高、經濟成本高、工件易氧化、污染嚴重，而且不易處理大型構件或加熱易受損的構件。

由于傳統的消除方法不盡人意，隨著理論研究的深入和在生產實踐中不斷的創新，殘余應力消除新技術不斷涌現。

論文：（林健,趙海燕,蔡志鵬,等.脈沖磁處理法降低工程結構的焊接殘余應力[J].清華大學學報(自然科學版),2007,47(2):161-164.）中提到了一種通過動態磁場與鋼鐵材料相互作用來改善工件中殘余應力分布的新方法。但這種技術的不足之處是磁路裝置較為復雜，現場使用操作較不方便，且僅僅應用于焊接產生的殘余應力。

專利：（何聞,鄭建毅,等.用電擊時效法消除材料內部殘余應力的方法[P].申請號:200710156921.7,2007.）公開了一種用電擊時效法消除材料內部殘余應力的方法和系統。該系統是基于微機的全自動控制系統。該發明提出的電擊時效法是將電能注入材料內部使帶電粒子運動或高分子粒子產生極化運動，從而實現微觀激勵，并最終降低或消除殘余應力，該方法適用于所有導電和絕緣材料。但是不足之處是操作較為復雜，且不適合較大構件的局部原位殘余應力消除。

利用多路高能超聲聲場處理裝置能實現焊接殘余應力的原位消除和調控，該裝置簡單易操作，并具有高效、節能、環保等特征。

三、發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提供了一種高效、節能、環保的利用多路高能超聲聲場局部調節和控制焊接殘余應力的處理裝置。

本發明采用的技術方案：

如圖1所示，通過工控機配合調控系統軟件發出控制指令，超聲信號激勵控制器接收控制指令后，向高功率超聲放大器發出調控信號，高功率超聲放大器根據調控信號驅動高能超聲換能器產生高能超聲束，高能超聲束的能量按照設定要求注入到殘余應力集中區域中，從而對殘余應力進行調節。可調節電源通電時間，輸出功率，頻率，輔助裝置的夾緊力。工作時，高能聲場在工件介質中傳播使得媒質粒子作交變振動或蠕動，并引起媒質中的應力或聲壓的連續或非連續變化，從而引發晶粒或晶格間的蠕動等一系列次級效應。利用工件內部聲場的強大波動能量，破壞、消弱或重建晶格間的約束力，起到對殘余應力場的調控作用。

如圖2所示，兩個強磁吸座吸附在待調控的焊接體部位，調節固定中間桿與螺紋桿將高能超聲換能器調節到焊縫應力集中區域，利用壓盤向高能超聲換能器施加一定預緊力，使其固定在焊接體表面，夾持固定面上涂一層耦合劑，可以起到減少超聲能量損失和對高能聲場調控應力時降溫雙重功效。

本發明有益的效果：

利用殘余應力的多路高能超聲聲場處理裝置，做了高能超聲聲場對45#鋼板等金屬材料焊接殘余應力進行消除的試驗。試驗以換能器功率，換能器頻率和加載時間作為影響因子。45#鋼板經過一定時間大功率超聲應力消除后，應力值整體上有了改善。通過適當的引入壓應力，增加了鋼板表面和整體結構強度，提高了焊接區域表面抗腐蝕和耐磨損能力。

四、附圖說明

圖1焊接殘余應力多路高能超聲聲場處理裝置原理圖

圖2單個高能換能器工作時的夾持裝置示意圖

在圖1中，1：殘余應力集中區域；2：聚能器；3：超聲換能器；4：耦合介質；5：試件。

在圖2中，1：固定中間桿；2：支撐長桿；3：螺紋桿；4：壓盤；5：高能超聲換能器；6：磁吸座；7：焊接鋼板；8：焊縫。

五、具體實施方式：

下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步的說明。

如圖1所示，是本發明焊接殘余應力多路高能超聲聲場處理裝置原理圖，其中包括了：工控機、超聲信號激勵控制器、高功率超聲放大器，高能換能器以及輔助裝置。圖2為單個高能換能器工作時的夾持裝置示意圖。在對焊接試件殘余應力集中區域進行調控時，兩個強磁吸座吸附在待調控的焊接體部位，調節固定中間桿與螺紋桿將高能超聲換能器調節到焊縫應力集中區域，利用壓盤將試件與換能器保持固定接觸，然后將換能器兩端接上電源，使高能超聲激勵系統閉合。