豪克能超声波冲击设备消除应力机理

更新时间：2024-11-18  作者: 应力检测

  由于焊接过程中热输入量大, 有可能会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, 有可能会出现气孔、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。

  上图是超声冲击处理前后焊接接头焊缝区光学显微组织形貌。由图a 可见, 未处理焊缝为树枝晶铸态组织, 这种铸态组织晶粒粗大且不均匀, 组织不致密, 气孔、缩松等微观缺陷较多。b 和c 是超声冲击处理后焊缝区不同放大倍数的显微组织形貌。从中能够准确的看出, 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。

  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。同时能看到, 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, 其根本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, 位错密度持续不断的增加, 位错在运动时的相互交割加剧, 由此产生固定割阶、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。对于这种组织架构，许多研究学者通过一系列分析其显微组织，得出了其微观变形机理的一般规律。研究表明，表层细晶组织能有效地阻止裂纹的萌生，而内部的粗晶组织能阻碍裂纹的扩展。

  焊接残余应力是熔化焊接工艺的一个很难避免的缺陷, 对焊接结构抗疲劳、脆断、应力腐蚀破坏以及屈服强度、尺寸稳定性都存在很大影响。因此最大限度地降低或消除焊接残余应力, 是焊接结构领域十分关注的一个重要问题。

  全覆盖超声冲击处理降低高焊接残余拉应力, 形成残余压应力层的作用十分明显,这对提高焊接接头的抗疲劳性能和抗应力腐蚀和抗老化性能十分有益。

  总之，超声冲击工艺对焊接的疲劳寿命延长、强度增加都是非常有好处，对比其他解决方法，这种技术更具有实用性。

  豪克能焊接应力消除设备的原理是利用大功率豪克能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，由于豪克能的高频、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；同时豪克能冲击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。

  彻底：豪克能焊接应力消除设备能消除80-100%的残余应力，高于热时效消除4080%的残余应力，明显高于振动时效消除的30-55%的应力；

  延长工件寿命：豪克能焊接应力消除设备可使焊接接头的疲劳强度提升50-120%；疲劳寿命延长5-100倍；金属在腐蚀环境中的抗侵蚀的能力提升约400%；

  使用灵活：豪克能焊缝应力消除设备使用不受工件的形状、厚度、重量、结构、材料的限制，不受场地的限制，可以在任意时间任意工序上进行；

  现在华云机电有研制出高效的豪克能焊接应力消除机器人，配合生产线使用进行应力消除。