一、超聲沖擊的基本原理

超聲沖擊的基本原理就是利用大功率超聲波推動(dòng)沖擊工具以每秒二萬(wàn)次以上的頻率沖擊金屬物體表面，由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量，使金屬表層產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形；同時(shí)超聲沖擊波改變了原有的應(yīng)力場(chǎng)，產(chǎn)生一定數(shù)值的壓應(yīng)力；并使被沖擊部位得以強(qiáng)化，如圖1所示。

所以超聲沖擊能夠顯著提高金屬焊接接頭及結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度,大幅度延長(zhǎng)其疲勞壽命；消除殘余拉應(yīng)力，并使被沖擊部位產(chǎn)生壓應(yīng)力（如圖2、圖3）所示，從而提高工件的承載能力；有效改善焊趾的幾何形狀，大大降低焊趾處的應(yīng)力集中系數(shù)，其效果大大優(yōu)于TIG工藝；消除焊趾表層微小裂紋和焊接缺陷，抑制裂紋提前萌生；強(qiáng)化金屬零件表面，提高表面質(zhì)量和使用壽命。該設(shè)備高效、節(jié)能、無(wú)污染、使用方便，不受工件形狀、場(chǎng)地、環(huán)境的限制, 處理效果顯著。

圖1：超聲沖擊處理方法

圖2：超聲沖擊處理前焊縫處的殘余應(yīng)力分布

圖3超聲沖擊處理后焊縫處的殘余應(yīng)力分布

二、超聲沖擊提高焊接接頭疲勞性能的基本原理

金屬結(jié)構(gòu)件在焊接時(shí)，普遍采用熔化焊接的方法，在金屬的填充過(guò)程中，在接頭部位留有余高、凹坑及各種焊接缺陷，造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中；同時(shí)還產(chǎn)生一定的焊接殘余應(yīng)力。在絕大多數(shù)情況下，殘余拉應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是不利的。同時(shí)，大量研究表明，在焊趾部位距離表面0.5mm左右處一般存有熔渣等缺陷，該缺陷較尖銳，相當(dāng)于疲勞裂紋提前萌生。在應(yīng)力集中、焊趾熔渣缺陷及焊接殘余拉應(yīng)力的聯(lián)合作用下，焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命被嚴(yán)重降低。

超聲波時(shí)效處理法提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的基本原理是，焊后利用超聲波推動(dòng)沖擊工具以每秒二萬(wàn)次以上的頻率沿焊縫方向沖擊焊縫的焊趾部位，使之產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，使焊趾處產(chǎn)生圓滑的幾何過(guò)渡，從而大大降低了焊趾處余高和凹坑造成的應(yīng)力集中；消除了焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷，抑制了裂紋的提前萌生；調(diào)整了焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)，消除其焊接拉應(yīng)力，在焊趾附近產(chǎn)生一定數(shù)值的殘余壓應(yīng)力；并使焊趾部位材料得以強(qiáng)化。因此，超聲沖擊能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能幾個(gè)方面的因素，如：焊趾幾何形狀、殘余應(yīng)力、微觀裂紋和熔渣等缺陷、表面強(qiáng)化等，所以，能大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。圖3是用X衍射法顯示的超聲沖擊處理對(duì)焊縫的實(shí)際效果圖。

圖3：X衍射法顯示的超聲沖擊處理對(duì)焊縫的實(shí)際效果圖

三、超聲沖擊的應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁工程、軍工、航空、航天、電力、火車(chē)、汽車(chē)、鐵路、起重設(shè)備、石油鉆采、機(jī)械、壓力容器等行業(yè)焊接結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造過(guò)程中,用于大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命、消除焊接殘余應(yīng)力、減少焊接變形等；同時(shí)該裝置也普遍地應(yīng)用于對(duì)機(jī)械零件焊接修復(fù)部位進(jìn)行消除殘余應(yīng)力和強(qiáng)化處理；該裝置還可對(duì)金屬零件需要表面強(qiáng)化的部位進(jìn)行沖擊處理，以大幅度提高該部位的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。因此，超聲波焊時(shí)效儀在機(jī)械制造業(yè)的制造和維護(hù)過(guò)程中具有廣闊的應(yīng)用前景，必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

四、超聲沖擊的作用

1. 可使焊接接頭疲勞強(qiáng)度提高50%-120%，疲勞壽命延長(zhǎng)5—100倍。

2. 是目前最徹底消除殘余拉應(yīng)力，并產(chǎn)生出理想壓應(yīng)力的工藝方法。

3. 有效改善焊趾的幾何形狀，降低焊縫焊趾處的應(yīng)力集中，且工藝簡(jiǎn)單易行，成本低廉。

4. 消除焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷，抑制裂紋的提前萌生。

5. 改變?cè)械膽?yīng)力場(chǎng),明顯減少焊接變形。

6. 局部強(qiáng)化處理,提高零件表面質(zhì)量和疲勞壽命。

7. 于對(duì)機(jī)械零件局部焊接修復(fù)部位進(jìn)行消除焊接應(yīng)力和強(qiáng)化處理

8. 提高金屬在腐蝕環(huán)境下的抗腐蝕能力約400%

9. 同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能幾個(gè)方面的因素：焊趾幾何形狀、殘余應(yīng)力、微觀裂紋和熔渣等缺陷、表面強(qiáng)化等，因而能大幅度提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

五、超聲沖擊對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的突出貢獻(xiàn)

1. 增加金屬結(jié)構(gòu)件在動(dòng)載荷和腐蝕環(huán)境下的使用壽命

2. 減少金屬結(jié)構(gòu)件在腐蝕疲勞下的維修費(fèi)用

3. 在同樣的設(shè)計(jì)要求下，可使用更少的材料，從而減少了制造和運(yùn)行成本

4. 大幅度提高高強(qiáng)合金鋼焊接接頭的焊接性能，拓寬了高強(qiáng)合金鋼的應(yīng)用領(lǐng)域；

5. 增加了金屬結(jié)構(gòu)件在制造和使用過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

6. 減少了金屬結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)成本

六、超聲波焊接應(yīng)力消除法相對(duì)于傳統(tǒng)工藝方法的優(yōu)勢(shì)

超聲沖擊時(shí)效是一種以針式?jīng)_擊來(lái)消除殘余應(yīng)力的方法，它是以超聲發(fā)生器為振動(dòng)源，通過(guò)壓電陶瓷哦或磁致伸縮方式將超聲頻電源轉(zhuǎn)換成超聲頻振動(dòng)，振動(dòng)由沖擊針傳遞到金屬表面，在金屬表面及次表面產(chǎn)生塑性變形，并細(xì)化晶粒，達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的。

超聲沖擊處理適合于各種工程構(gòu)件消除應(yīng)力的要求。特別適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)以及由異種焊接接頭或其他金屬材料制成的結(jié)構(gòu)件。超聲沖擊處理能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能，提高構(gòu)件的抗應(yīng)力腐蝕性能，需要針對(duì)焊接指定區(qū)域采用超聲沖擊全覆蓋處理。適用于材料厚度大于4mm、屈服強(qiáng)度不大于900MPa斷后伸長(zhǎng)率大于5%的金屬構(gòu)件。

1. 超聲波焊接應(yīng)力消除處理能同時(shí)改善影響焊縫疲勞性能的幾個(gè)方面的因素，如：殘余應(yīng)力、微觀裂紋和缺陷、焊趾幾何形狀、表面強(qiáng)化等，因而能大幅度提高焊縫的疲勞性能，有事半功倍之效果。

2. 在消除焊縫焊趾處應(yīng)力集中方面，是目前最方便、最有效的，其效果遠(yuǎn)勝于在焊趾處氬弧焊重熔（TIG）或修磨的方法。

3. 消除焊接殘余應(yīng)力，完全可替代熱處理和振動(dòng)時(shí)效等時(shí)效方法，且處理工藝簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定可靠。想處理哪里就處理哪里，并可在任意時(shí)間、任意工序上進(jìn)行，讓你隨心所欲，得心應(yīng)手。不象振動(dòng)時(shí)效那樣，工藝復(fù)雜且時(shí)效效果要受諸多工藝參數(shù)之影響。

4. 完全取代用噴丸方法來(lái)提高工件局部疲勞壽命和消除殘余應(yīng)力的表面處理工藝，且效果是噴丸方法不可比擬的，且節(jié)省場(chǎng)地，不存在噴丸回收和噴丸傷人的問(wèn)題，改善了工作環(huán)境，  環(huán)保、節(jié)能、安全、無(wú)污染。

5. 有效的在自然條件下使已變形了的焊接構(gòu)件向常態(tài)恢復(fù)，是目前很方便的校形工具。

超聲波焊接應(yīng)力消除處理占地少，不受工件材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、重量之限制，使用起來(lái)靈活方便。

七、 主要技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)

功能簡(jiǎn)介： 

★數(shù)字化動(dòng)態(tài)顯示電流頻率，直觀體現(xiàn)時(shí)效過(guò)程。

★時(shí)間預(yù)設(shè)功能，更易掌握沖擊速度，提高操作規(guī)范。

★設(shè)置音頻按鈕，做到時(shí)效處理雙開(kāi)關(guān)，降低操作者工作強(qiáng)度。

★報(bào)警指示燈，獨(dú)有的穩(wěn)頻、恒幅控制電路，過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)能，完全排除現(xiàn)場(chǎng)操作的危險(xiǎn)性。

★工件焊接應(yīng)力消除率可達(dá)到100%并產(chǎn)生理想壓應(yīng)力，是目前國(guó)內(nèi)外消除焊接殘余應(yīng)力的理想設(shè)備。

★專(zhuān)用工具頭，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，結(jié)構(gòu)緊湊，不易損壞。內(nèi)部加裝變幅桿保護(hù)墊，大大延長(zhǎng)變幅桿的使用壽命。

★可提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度50％-120％，疲勞壽命延長(zhǎng)3倍。

★不受工件形狀、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、重量、板材厚度、場(chǎng)地之限制。   

★可將焊趾處的焊接余高，凹坑咬邊等現(xiàn)象理想化處理至幾何過(guò)度，降低應(yīng)力集中系數(shù)。

★可去除焊趾處的圍觀裂紋，彌補(bǔ)熔渣缺陷，同時(shí)抑制裂紋提前萌生。

★用于消除焊接殘余應(yīng)力可完全替代熱處理等時(shí)效方法。

★沖擊槍專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，徹底消除了傳統(tǒng)時(shí)效設(shè)備和同行業(yè)設(shè)備操作笨重，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法操作的難題，減少了現(xiàn)場(chǎng)人員勞動(dòng)量。

★對(duì)大型結(jié)構(gòu)件的焊縫現(xiàn)場(chǎng)處理、超高超低焊縫處理、焊接修復(fù)焊縫的應(yīng)力消除效果更佳。

★超寬的頻率跟蹤范圍，可有效跟蹤外界因素影響引起的頻率變化

★采用壓電陶瓷換能器，輸出強(qiáng)勁，使用壽命長(zhǎng)。

★經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、環(huán)保、節(jié)能、安全、無(wú)污染。

1、控制器技術(shù)參數(shù)

2、沖擊槍技術(shù)參數(shù)