CN103060545B - 一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置 - Google Patents

一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置，该装置通过工控机配合调控系统软件发出控制指令，超声信号激励控制器接收控制指令后，向高功率超声放大器发出调控信号，高功率超声放大器根据调控信号驱动高能超声换能器产生高能超声束，高能超声束的能量按照设定要求注入到焊缝周围残余应力集中区域中，从而对残余应力进行调节。该装置结构简单，调控效果好，能有效解决现阶段残余应力对焊接工件尺寸稳定性、疲劳强度等诸多不良影响，具有高效、节能、环保等特征，应用前景非常广阔。

Description

一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置
一、技术领域
本发明涉及一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置，特别是涉及一种用高能超声调控焊接区域残余应力的系统。
二、背景技术
传统的消弱和消除残余应力工艺有自然时效、热时效技术。自然时效依靠昼夜季节的温度变化，逐渐造成金属晶格缓慢滑移，最终达到应力释放的目的。该方法的不足之处是耗时长、效率低、占地面积大、不易调控。热时效技术将工件加热到相变温度以下，在热状态下降低工件屈服极限，从而使残余应力降低或消除。该方法的不足之处是周期长、能耗高、经济成本高、工件易氧化、污染严重，而且不易处理大型构件或加热易受损的构件。
由于传统的消除方法不尽人意，随着理论研究的深入和在生产实践中不断的创新，残余应力消除新技术不断涌现。
论文：(林健,赵海燕,蔡志鹏,等.脉冲磁处理法降低工程结构的焊接残余应力[J].清华大学学报(自然科学版),2007,47(2):161-164.)中提到了一种通过动态磁场与钢铁材料相互作用来改善工件中残余应力分布的新方法。但这种技术的不足之处是磁路装置较为复杂，现场使用操作较不方便，且仅仅应用于焊接产生的残余应力。
专利：(何闻,郑建毅,等.用电击时效法消除材料内部残余应力的方法[P].申请号:200710156921.7,2007.)公开了一种用电击时效法消除材料内部残余应力的方法和系统。该系统是基于微机的全自动控制系统。该发明提出的电击时效法是将电能注入材料内部使带电粒子运动或高分子粒子产生极化运动，从而实现微观激励，并最终降低或消除残余应力，该方法适用于所有导电和绝缘材料。但是不足之处是操作较为复杂，且不适合较大构件的局部原位残余应力消除。
利用多路高能超声声场处理装置能实现焊接残余应力的原位消除和调控，该装置简单易操作，并具有高效、节能、环保等特征。
三、发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种高效、节能、环保的利用多路高能超声声场局部调节和控制焊接残余应力的处理装置。
本发明采用的技术方案：
如图1所示，通过工控机配合调控系统软件发出控制指令，超声信号激励控制器接收控制指令后，向高功率超声放大器发出调控信号，高功率超声放大器根据调控信号驱动高能超声换能器产生高能超声束，高能超声束的能量按照设定要求注入到残余应力集中区域中，从而对残余应力进行调节。可调节电源通电时间，输出功率，频率，辅助装置的夹紧力。工作时，高能声场在工件介质中传播使得媒质粒子作交变振动或蠕动，并引起媒质中的应力或声压的连续或非连续变化，从而引发晶粒或晶格间的蠕动等一系列次级效应。利用工件内部声场的强大波动能量，破坏、消弱或重建晶格间的约束力，起到对残余应力场的调控作用。
如图2所示，两个强磁吸座吸附在待调控的焊接体部位，调节固定中间杆与螺纹杆将高能超声换能器调节到焊缝应力集中区域，利用压盘向高能超声换能器施加一定预紧力，使其固定在焊接体表面，夹持固定面上涂一层耦合剂，可以起到减少超声能量损失和对高能声场调控应力时降温双重功效。
本发明有益的效果：
利用残余应力的多路高能超声声场处理装置，做了高能超声声场对45#钢板等金属材料焊接残余应力进行消除的试验。试验以换能器功率，换能器频率和加载时间作为影响因子。45#钢板经过一定时间大功率超声应力消除后，应力值整体上有了改善。通过适当的引入压应力，增加了钢板表面和整体结构强度，提高了焊接区域表面抗腐蚀和耐磨损能力。
四、附图说明
图1焊接残余应力多路高能超声声场处理装置原理图
图2单个高能换能器工作时的夹持装置示意图
在图1中，1：残余应力集中区域；2：聚能器；3：超声换能器；4：耦合介质；5：试件。
在图2中，1：固定中间杆；2：支撑长杆；3：螺纹杆；4：压盘；5：高能超声换能器；6：磁吸座；7：焊接钢板；8：焊缝。
五、具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
如图1所示，是本发明焊接残余应力多路高能超声声场处理装置原理图，其中包括了：工控机、超声信号激励控制器、高功率超声放大器，高能换能器以及辅助装置。图2为单个高能换能器工作时的夹持装置示意图。在对焊接试件残余应力集中区域进行调控时，两个强磁吸座吸附在待调控的焊接体部位，调节固定中间杆与螺纹杆将高能超声换能器调节到焊缝应力集中区域，利用压盘将试件与换能器保持固定接触，然后将换能器两端接上电源，使高能超声激励系统闭合。
该装置设计了多路控制电路板，可通过控制柜同时控制多个高能换能器工作。
辅助夹持装置提供一定夹紧力，使试件与换能器保持固定接触，夹持固定面上涂一层耦合剂，可以起到减少超声能量损失和对高能声场调控应力时降温双重功效。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (3)

1.一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置，其特征在于：便携式工控机、超声信号激励控制器、高功率超声放大器、高能换能器以及辅助装置，通过工控机配合调控系统软件发出控制指令，超声信号激励控制器接收控制指令后，向高功率超声放大器发出调控信号，高功率超声放大器根据调控信号驱动高能超声换能器产生高能超声束，高能超声束的能量按照设定要求注入到残余应力集中区域中，从而对残余应力进行调节，在辅助装置的固定作用下，高能超声声场能量被注入被处理工件，从而达到高能超声声场处理的目的。
2.根据权利要求1所述的多路高能超声声场处理装置，其高功率超声放大器设计了多路控制电路板，通过控制柜同时控制多个高能换能器工作。
3.根据权利要求1所述的多路高能超声声场处理装置，其辅助装置利用两个强磁吸座吸附在待调控的焊接体部位，调节固定中间杆与螺纹杆将高能超声换能器调节到焊缝应力集中区域，利用压盘向高能超声换能器施加一定预紧力，使其固定在焊接体表面，夹持固定面上涂一层耦合剂，起到减少超声能量损失和对高能声场调控应力时降温双重功效。
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