CN210367839U - 一种便携式超声随焊消应力设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提提供一种便携式超声随焊消应力设备，利用超声振动去应力原理，使机构在焊接过程中施加高频振动，达到消除或减小残余应力及焊接变形的目的；利用真空吸附原理，将超声振动去应力设备与修复件紧固连接为一体，增强去应力效果；利用数显压力测力计，将超声振动子与辅助机构主体对修复面所施加的力显示至屏幕上，方便机构的使用。本设计选取采用了随焊处理中的振动焊接，并选取了超声高频振动作为振动源，克服了现有的超声去应力技术仅适用于实验室等理想条件下的修复件，而无法适应原位条件下修复件、修复面情况复杂，多维度、多方位的进行修复的弊端。具有适应性强、使用范围广、简单易操作、方便易携带等特点。

Description

一种便携式超声随焊消应力设备

技术领域

本实用新型属于焊接残余应力消除领域，具体涉及一种便携式超声随焊消应力设备。

背景技术

随着科技的不断发展与进步，越来越多更新、更好的材料与技术应用在了航空装备上，现代飞机不论是在生存的能力上还是使用的性能上都取得了令人瞩目的进展，飞机已经成为了取得现代信息化战争战场主动权的重要武器装备。为了能够在短时间内将敌方的预警指挥系统瘫痪，并在敌方组织有效反击之前摧毁其有效的防空及空战力量，高强度及大批次的密集出动成为了飞机的主要使用特点，因此航空部队需要有效、完善的飞机战伤抢修保障体系。飞机战伤抢修可以说是对损伤飞机的再设计、再制造，它对于恢复飞机的战斗力，保持其持续作战的能力有着关键作用。有效的战场抢修完全可以弥补装备在战场上的损耗，使部队可以保持更加持久的战斗力。上世纪五十年代以来的多次现代化局部战争表明，有效的飞机战伤抢修时保持飞机高出动率的重要一环，其具有着战斗力的倍增器、前线飞机制造厂的作用。飞机战伤抢修新技术的研究与开发是在和平时期节省飞机维修费用最有效的途径，是战争期间保持航空兵持续战斗力的重要保障，具有显著的军事、经济效益和广泛的推广前景。

现代条件下的战备值班和飞行训练中，高频率、大数量的飞行与降落使飞机承力结构长期受到交变载荷和热载荷作用，飞机上的划伤和缺口等表面缺陷很容易成为应力集中点进而形成裂纹源。而且飞机长期受到交变载荷和海洋腐蚀的作用，极易发生疲劳腐蚀，更加容易在划痕、孔洞、缺陷以及拐角和截面突变等薄弱部位产生疲劳裂纹甚至是发生断裂。

而对于高温合金、铝合金以及钛合金的结构损伤，目前我们通常采用传统的氩弧焊方式以及新型的激光焊接技术进行修复，但无法拆卸的大尺寸损伤结构只能在现场进行原位焊接修复，使用氩弧焊进行结构修复完成后将存在高值焊接残余应力，而且由于各方面的因素，焊接的质量难以控制，所以在结构进行焊接修复后的继续服役中，经常会在焊趾处产生再裂纹，使损伤结构呈现强度、寿命等指标越修越差的恶性循环。而与氩弧焊相比，激光焊接虽然具有能量集中、焊缝成形好、热影响区小、操作简单等优势，但在激光焊接的过程中，高密度功率热输入将造成材料局部表面的超高温度梯度，产生不均匀的热力学效应，并导致残余应力的产生。故飞机损伤的结构经焊接修复后，降低修复结构寿命等指标的主要因素就是焊接残余应力的产生。

焊接残余应力是修复件在焊接时产生了弹性变形从而产生的弹性应力，其产生的原因是焊接金属内部由于受热而导致的不均匀变形，其本质是修复件内部的晶格发生了畸变。残余应力作为一种内应力，对于修复件有着各种各样的不良影响，尤其是修复件的强度性能以及抗应力腐蚀性能，而且残余应力的存在也影响着结构尺寸稳定性和成形精度，严重时甚至会直接引发裂纹缺陷。进过研究总结得出，其影响主要表现在以下几个方面。

(1)残余应力对使用性能的影响

由于修复件在服役期间承受残余应力和外载应力的共同作用，修复件的使用寿命将会受到残余应力的影响。当两种应力方向相同产生迭加效应时，修复件实际所受的工作载荷相当于增大了，势必会造成过载失稳而过早发生失效。另外，修复件受服役过程中工作温度、工作介质和残余应力的共同作用下易引起结构失效，比如在高温环境下由于热应力和残余应力综合作用引起热裂；在腐蚀介质中，残余拉应力的存在会引起应力腐蚀开裂等。

(2)残余应力对强度性能及扛应力腐蚀性能的影响

残余应力的存在会使交变载荷的应力循环发生偏移，这种偏移不会改变其幅值，只改变其平均值。修复件结构的疲劳强度与其应力循环的特征有关，当其应力循环的平均值增加时，极限幅值就会随之降低，反之则提高。因此，当拉伸残余应力存在时，疲劳强度将显著降低。而且当修复件的材料处于脆性状态时，外载应力与拉伸残余应力的叠加则有可能产生局部区域的应力集中，使该区域首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。拉伸残余应力与化学腐蚀共同作用下将会产生应力腐蚀开裂，其所需的时间与残余应力的大小有着密不可分的关系，残余应力越大，应力腐蚀开裂的时间就越短。故残余应力的存在，将会在极大的程度上影响着修复件的寿命等性能指标。

(3)残余应力对结构尺寸精度的影响

微小的焊接变形也会使修复件结构的完整性遭到破坏，进而造成不同程度的不良影响。残余应力的产生会使修复件形成一种不稳定的应力状态。残余应力在外载应力等因素或是时效的作用下会发生衰减或松弛，使其原有的平衡状态遭到破坏，导致残余应力的重新分布和结构产生二次变形，这样必然会影响修复件的刚性和尺寸稳定性。

超声去应力技术是消除结构应力的主要方法。然而现有超声去应力技术仅适用于实验室等理想条件下的修复件，无法适应原位条件下，修复件、修复面情况复杂，多维度、多方位的进行修复的弊端。为提升修复结构的耐久性能，减小焊接变形和焊接残余应力，研究适合原位条件的结构修复去应力技术十分必要。

发明内容

本实用新型的技术任务是针对现有技术的不足，设计出一种便携式超声随焊消应力设备，本专利设计通过在前人的基础上进行更进一步的设计和优化，克服了现有的超声去应力技术仅适用于实验室等理想条件下的修复件，而无法适应原位条件下，修复件、修复面情况复杂，多维度、多方位的进行修复的弊端，配套设计了整套适合航母舰面等保障条件下的结构修理超声振动去应力机构设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种便携式超声随焊消应力设备，其结构包括：超声振动部分、辅助真空吸附部分以及配套的工具车，

所述超声振动部分包括超声发生器、超声振动子、工具头以及相应的连接传输机构；通过大功率能量推动工具头，在焊接的同时，对焊接熔池的熔融状态和高温超塑阶段实施高频冲击振动，改善焊接表面质量的同时，使得熔池晶体择优生长，达到消除和缓和焊接残余热应力、优化焊接件性能的目的；

所述辅助真空吸附部分包括支撑腿、螺纹配合旋转机构、内螺旋机构、数显压力测试与显示机构、扶手盖、真空泵、刚性真空连接元件，利用真空吸附原理，使超声随焊去应力机能够在各种环境下对修复区域有效施加高频超声振动，适应装备各种外部形状，不损伤机体表面，并实现压力的数字化控制；

其中支撑腿是为了将超声振动子固定在修复件表面而设计制造的，利用真空泵连接高强橡胶吸盘使吸盘牢牢吸附在修复件的表面，从而固定超声振动子与修复件相对成为一体，达到效率较高的高频超声振动，使修复件在焊接的同时通过超声高频振动消除或是减少残余应力；

其中螺纹配合旋转机构是为了利用旋转产生的相对位移，对超声振动子施加一个可测量的压力，使其牢牢固定在修复件表面而设计的一个机构；

其中内螺旋机构是为了配合螺纹配合旋转机构进行旋转从而产生相对位移，使与之相对固定的超声振动子主体受到一个可测的压力而设计的一个机构；

其中数显压力测试与显示机构是为了测试并显示超声振动子与修复件之间的相对压力，并且能够配合安装超声振动子、螺纹配合旋转机构以及扶手盖而设计选取的机构；

其中扶手盖为了给整个辅助机构提供一个便于拿取，并且方便于设备使用工作的部件；

其中真空泵是为了使超声振动子的工具头部分与修复区域牢牢固定于一体，达到效率较高的高频超声振动，使修复件在焊接的同时通过超声高频振动消除或是减少残余应力，改善修复件焊接表面质量；

所述配套的工具车将所述超声振动部分、辅助真空吸附部分整合在一起，实现一体化和移动的便携性。

可选地，所述超声振动子是超声振动的实施部分，由超声换能器、传振杆、超声变幅杆组成，其中超声发生器与换能器之间安装匹配电感，以使超声发生器与换能器处于谐振状态，其中传振杆为超声换能器和超声变幅杆之间的连接杆，其用于将超声换能器所产生的振动完全传递至超声变幅杆，然后经由工具头施加到修复件上。

可选地，所述超声换能器采用前后夹心式压电换能器，该型换能器利用单晶材料的压电效应和多晶材料的电致伸缩效应将电能转化为机械振动；所述超声变幅杆设计为阶梯形，超声变幅杆的大端尺寸取决于超声换能器的辐射面积，原则上大端的截面积不小于超声换能器的辐射面积，但基于减小横向振动影响的考虑，使大端横向尺寸的上限小于λ/4；小端的尺寸与传振元件或工具的尺寸相关并兼顾放大系数的要求。

可选地，所述支撑腿结构包括杆件1、杆件2、连接紧固件和高强橡胶吸盘，

其中杆件1的顶端通过一球体将支撑腿和螺旋配合旋转结构相连，使其可以在空间内进行多维度的旋转，用以配合外场及舰面保障条件下修复环境的多方向、多维度；球体的下方通过圆柱杆将球体与杆件1的主体连接至一起；

其中杆件2的底端通过另一球体配合安装高强橡胶吸盘；

其中连接紧固件配合杆件1、杆件2制造，主体采用高强塑料制造，内部卡箍使用高摩擦系数橡胶制造，其内径与杆件1相配合，外部有一可调节螺母，调节螺母带动内部卡箍卡紧杆件2，将杆件2与杆件1的相对位置固定，从而达到调节支撑腿长度来配合外场及舰面保障条件下复杂修复环境的作用。

可选地，所述螺纹配合旋转机构结构包括外齿轮旋转件、支撑腿配合安装件和连接紧固件，

其中外齿轮旋转件是一个阶梯轴结构，其内部为齿轮结构，用于配合数显压力测试与显示机构下部分的外齿轮结构旋转使用，两台阶交界处有一圆环槽，是为了配合支撑腿配合安装件安装而设计，使支撑腿配合安装件可以与外齿轮旋转件相对运动，达到螺纹配合旋转机构旋转时，支撑腿部分可以相对静止的目的，细端顶部设计有多个圆孔，用以方便连接紧固件的螺纹配合安装；

其中支撑腿配合安装件主体是一个对称的三阶梯轴，是为了配合支撑腿的安装，使支撑腿在空间内进行多维度的旋转，用以配合外场及舰面保障条件下修复环境的多方向、多维度；支撑腿配合安装件主体内圆直径与外齿轮旋转件相配，中间带有具有球切面的圆柱，高度的设计依据支撑腿杆件的直径，方便支撑腿的收纳。

其中连接紧固件用于使支撑腿配合安装件相对外齿轮旋转件只进行轴向旋转运动而不进行径向运动，并且将支撑腿配合安装件与外齿轮旋转件相对固定为一个件，方便安装使用。

可选地，所述内螺旋机构包括内螺纹主体、扶手盖安装部分，

其中内螺纹主体用于配合螺纹配合旋转机构进行内外齿轮啮合配合旋转，并由此对超声振动子施加一个可测量的压力，同时为扶手盖安装部分提供一个可靠的底座，方便扶手盖的安装并预留给压力表一个安装的空间；内螺纹主体是一个空心圆柱体，其包括一空心段，是为了配合超声振动子固定段，后配有底部拖板，在拖板上连有两根对称圆柱将内螺纹主体与扶手盖安装部分连接成为一体；

其中扶手盖安装部分用于为扶手盖提供一个安装位，并且使扶手盖可以与螺纹配合旋转机构进行联动旋转，达到扶手盖与螺纹配合旋转机构同时旋转的同时，螺纹配合旋转机构挤压压力表的弹簧测力部分，压力表再通过对弹簧测力部分变形量的测量转化为数字信号显示出来，达到数显压力测量的目的；扶手盖安装部分为一圆柱体，在其圆环中心留有一个安装轴承的间隙，方便其与扶手盖安装并且使扶手盖与其能够进行相对运动。

可选地，所述扶手盖由两部分组成，其中一部分具有扶手，另一部分则是配合安装，

其中扶手由半圆带槽空心柱部分和扶手部分组成，半圆带槽空心柱的前段具有一个小圆槽，是为安装数显压力测试与显示机构设计，其中心具有一个大的圆环槽，则是为了安装轴承所设计；扶手部分则是一个空心的圆弧型结构，上面带有两个开关按钮，一个是超声发生器的电源开关，一个是真空泵的电源开关，两个开关的设计更加方便于整个设备的使用。

其中配合安装一个半圆带槽空心柱，其与扶手部分的半圆带槽空心柱是对称的，仅是在扶手安装对应的面上具有两个圆孔，方便于扶手与其使用螺栓固定。

可选地，还包括刚性真空连接元件，所述刚性真空连接元件是安装在超声振动子工具头前端的一个吸附元件，选择加装其目的是为了利用真空吸附的原理使超声振动子通过刚性真空连接元件与修复件连接成为一体，从而充分利用超声振动去应力设备，使其在焊接的同时，对焊接熔池的熔融状态和高温超塑阶段实施高频冲击振动，通过改善修复件焊缝金属凝固晶体组织从而达到消除或缓和焊接残余应力、改善焊接变形的目的。

可选地，所述配套的工具车包括工具车主体，在工具车主体上设计有多个抽屉空位，多个抽屉通过抽屉滑轨与所述抽屉空位相配合，在工具车主体底部四角通过支腿设有万向轮，工具车主体的一侧还设计有扶手。

本实用新型的一种便携式超声随焊消应力设备，与现有技术相比所产生的有益效果是：

本实用新型通过对现有超声去应力技术的研究，进一步设计出了一套超声振动去应力随焊机构设备，其一利用超声振动去应力原理，使机构在焊接过程中施加高频振动，达到消除或减小残余应力及焊接变形的目的；其二，利用真空吸附原理，将超声振动去应力设备与修复件紧固连接为一体，增强去应力效果；其三，利用数显压力测力计，将超声振动子与辅助机构主体对修复面所施加的力显示至屏幕上，方便机构的使用。

本设计通过对焊接修复工艺的系统分析研究，选取采用了随焊处理中的振动焊接，并选取了超声高频振动作为振动源，克服了现有的超声去应力技术仅适用于实验室等理想条件下的修复件，而无法适应原位条件下修复件、修复面情况复杂，多维度、多方位的进行修复的弊端。具有适应性强、使用范围广、简单易操作、方便易携带等特点。

附图说明

附图1是本实用新型便携式超声随焊消应力设备的结构示意图；

附图2是本实用新型真空吸附原理图；

附图3是本实用新型换能器匹配等效电路示意图；

附图4是本实用新型超声振动子的结构示意图；

附图5是本实用新型阶梯变幅杆的结构示意图；

附图6辅助机构的结构示意图；

附图7支撑腿的结构示意图；

附图8杆件1的结构示意图；

附图9连接紧固件的结构示意图；

附图10杆件2的结构示意图；

附图11高强橡胶吸盘的结构示意图；

附图12螺纹配合旋转机构的结构示意图；

附图13外齿轮旋转件的结构示意图；

附图14支撑腿配合安装件结构示意图；

附图15连接紧固件的结构示意图；

附图16内螺旋机构的结构示意图；

附图17数显压力测试与显示机构的结构示意图；

附图18扶手盖的结构示意图；

附图19扶手部分的结构示意图；

附图20配合安装部分的结构示意图；

附图21刚性真空连接元件的结构示意图；

附图22刚性真空连接元件与超声振动子连接后的结构示意图；

附图23是本实用新型工具车的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-23，对本实用新型的一种便携式超声随焊消应力设备作以下详细地说明。

1结构组成

本实用新型的一种便携式超声随焊消应力设备由超声振动部分、辅助真空吸附部分以及配套的工具车组成。其具体建模如图1所示。

(1)超声振动部分。超声振动部分由超声发生器、超声振动子以及相应的连接传输机构组成。通过大功率能量推动冲击头，在焊接的同时，对焊接熔池的熔融状态和高温超塑阶段实施高频冲击振动，改善焊接表面质量的同时，使得熔池晶体择优生长，达到消除和缓和焊接残余热应力、优化焊接件性能的目的。

(2)辅助真空吸附部分。辅助真空吸附部分由刚性真空吸附元件、真空发生设备、支撑腿和数显压力测试与显示机构等几部分组成。利用真空吸附原理，使超声振动去应力设备能够在各种环境下对修复区域有效施加高频超声振动，适应装备各种外部形状，不损伤机体表面，而且实现了压力的数字化控制。

(3)配套的工具车。配套的工具车把超声振动部分、辅助真空吸附部分、配件等有效整合在一起，实现一体化和移动的便携性。

1.1功能介绍

本实用新型的一种便携式超声随焊消应力设备具有以下几点功能：

(1)利用超声振动去应力原理，使机构在焊接过程中施加高频振动，达到消除或减小残余应力及焊接变形的目的；

(2)利用真空吸附原理，将超声振动去应力设备与修复件紧固连接为一体，增强去应力效果。

(3)利用数显压力测力计，将超声振动子与辅助机构主体对修复面所施加的力显示至屏幕上，方便机构的使用。

1.2技术原理

本实用新型机构设备是运用了现有的超声振动去应力技术、真空吸盘技术、压力传感技术等技术，设计出的一款带有真空固定结构、数显压力测试与显示结构以及配套的工具车等一系列的仪器设备的一种适合外场和舰面保障条件的结构修复去应力随焊机构设备。

(1)超声振动去应力原理

在焊接过程中引入超声振动，具有细化晶粒、均匀化组织、减小应力和改善修复件性能等重要作用。试验证明，一定功率范围内的超声在熔池中的传播产生了空化作用，在超声空化的作用下，初生枝晶交错形成的固态结晶网被打碎，熔体在继续结晶时进行补充，枝晶间所产生的拉应力减小；并且超声波的声流效应超过机械搅拌作用而占据主导地位，在两者一同作用下，熔池的流动性得到提高、熔池表面的张力情况得到改善，焊缝表面变得更加平坦。同时，在超声场空化和机械搅拌的作用下，熔池温度分布更加均匀，修复件成型时的应变和热应力均会减小，且堆积层的组织成分分布更加均匀，使相与相之间凝固所产生的应力减小。超声振动使晶界中的位错转化为错配位错，降低了位错的总能量和相界面的能量，减小了晶粒间的相互作用力。同时，位错反应促使修复件发生微观塑性变形，使修复件处于更加稳定的状态，减小了残余应力的峰值，使残余应力更加均匀化。

(2)真空吸附原理

真空吸盘采用了真空原理，即用真空负压来“吸附”工件以达到夹持工件的目的。如图2所示：通气口与真空发生装置相接，当真空发生装置启动后，通气口通气，吸盘内部的空气被抽走，形成了压力为P₂的真空状态。此时，吸盘内部的空气压力低于吸盘外部的大气压力P₁，即P₂＜P₁,工件在外部压力的作用下被吸起。吸盘内部的真空度越高，吸盘与工件之间贴的越紧。

(3)压力传感原理

数显压力测力计采用的是弹力测力计位移传感器。在弹性限度内，弹力测力计的伸长量与所受的拉力成正比,为F＝kx。F为弹力的大小也就是拉力，k为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，单位的符号是N/m，x为弹簧伸长或缩短的长度。在弹性限度内,弹力测力计受到的拉力越大，弹力测力计的伸长量越长。而位移传感器则是通过测量弹力测力计的形变情况，转化为电信号通过核心计算机的计算将算出的力显示到显示屏上。

2各单元介绍

2.1超声振动去应力设备

超声振动去应力设备主要由超声发生器和超声振动子组成。

1.超声发生器

超声振动系统工作时，系统的温度、刚度、负载以及冲击磨损等因素均处于变化过程,故系统的固有频率存在实时漂移,若超声发生器的输出频率不相匹配的进行变化，将造成整个系统的失调。超声换能器相当于容性负载，等效阻抗如式(2-1)所示，

式中：ω为换能器的角频率；C₀为换能器静态电容；L₁、C₁、R₁分别为动态的电感、电容以及电阻。

为使超声发生器的电能有效转化为换能器的机械能，需要在超声发生器与换能器之间安装匹配电感，以使超声发生器与换能器处于谐振状态，匹配之后的换能器在谐振点表现为纯阻性负载，等效阻抗如式(2-2)所示，

式中

时，超声振动系统的工作效率最高且输出功率最大，等效电路如图3(a)～(c)所示。

综上，要求超声波发生器具有频率跟踪和振幅连续可调的功能，而超声模拟电源一般为固定档位调节，虽可通过相关技术改造为连续调节，但为固态连续调节，该模式下的换能器输出波形比较杂乱且低频段波较多，另外也不具备频率跟踪功能且振幅不稳定，当工况改变时，会出现换能器与超声电源的不谐振而造成设备损坏，并且当系统处于不谐振状态时无法确定换能器的实际输出功率。

本实用新型所选用的是TJS-3000-V6.0型智能数控超声发生器，它的极限输出功率为2000W，采用的是压电式强振型换能器。

本文所用超声发生器为全数字电路控制，主要包括整流电路、振荡电路、放大电路、反馈电路、跟踪电路、保护电路以及匹配电路，该电路的抗干扰能力较强，且功率可在0-100％范围内连续调节并具有自动报警保护功能。另外，该发生器具有频率跟踪功能且频率可在20±5kHz内连续调整

2.超声振动子

结合附图4，超声振动子是超声振动的实施部分，主要由超声换能器和超声变幅杆组成。

(1)超声换能器

超声换能器采用前后夹心式压电换能器，该型换能器利用单晶材料的压电效应和多晶材料的电致伸缩效应将电能转化为机械振动。压电效应是因某些单晶材料具有非对称特性的内部结构而产生的外加电场与应力应变的相互作用，并与施加的应力或电场与晶体结晶轴之间的相对方向相关。电致伸缩效应是由于某些多晶材料中存在具有一定极化的“电畴”，在极化方向的长度与其他方向长度具有差异，外加电场作用将引起电畴的转动，使极化方向与外加电场方向趋于一致，从而引起外加电场方向的长度改变并表现为弹性应变。

(2)传振杆

传振杆为换能器和变幅杆之间的连接杆，其主要作用为将换能器所产生的振动完全传递至变幅杆，然后经由工具头施加到修复件上。传振杆选用的45钢材料在工作频率内的损耗小、疲劳强度高以及声阻抗小，并且易于加工。

(3)超声变幅杆

变幅杆的本质为变截面杆，不计传播损耗情况下，通过变幅杆各截面的振动能量是恒定的，因此截面较小部分的能量密度大于截面较大部位，由于超声振动的振幅与能量密度的平方根成正比，故截面积越小则振幅越大。表征变幅杆性能的参数包括：共振频率、位移振幅放大倍数、形状因素、输入阻抗随频率和负载变化特性等。设计要求为增大位移振幅放大倍数以及减小输入阻抗随频率和负载的变化。

设计时，以下述几个假设为前提：

①变截面杆由均匀且各向同性的材料构成；②机械损耗可忽略不计；③应力在杆的横截面上均匀分布；④平面纵波沿杆轴向传播。

设计变幅杆的第一步是材料的选择，一般原则为：材料在工作频率内的损耗小、疲劳强度高以及声阻抗小，并且要易于加工。故变幅杆的材料采用45钢。

第二步是设计变幅杆的形式及确定大端和小端的尺寸，由于所用超声发生器为强振型且变幅杆与试件的直接接触激振中存在法向下压力，故设计变幅杆为阶梯形，如图5所示，变幅杆的大端尺寸取决于换能器的辐射面积，原则上大端的截面积要等于或略大于换能器的辐射面积，但基于减小横向振动影响的考虑，使大端横向尺寸的上限小于λ/4，故取大端直径为54mm；小端的尺寸与传振元件或工具的尺寸相关并兼顾放大系数的要求，故确定其直径为31mm。

面积系数计算式为：

式中，D₁和D₂分别为变幅杆大端和小端的直径

共振长度计算式为：

式中，c为声速，f为换能器的输出频率。

放大系数计算式为：

M_p＝N²。 (2-5)

将以上各式的变量值代入可得，面积系数为1.74；共振长度为258.45mm；放大系数为3.03。位移节点在中心位置，并取最常用情况，即令a＝b＝λ4，则变幅杆总长度为129.23mm。

上述计算存在一定近似，故实际放大系数要稍小于计算值，并且误差随大、小端面尺寸比值的增大而增大。

2.2辅助机构设计

本实用新型的辅助机构主要由支撑腿、螺纹配合旋转机构、内螺旋机构、数显压力测试与显示机构和扶手盖等组成。具体建模如图6所示。

1.支撑腿

支撑腿是为了将超声振动子固定在修复件表面而设计制造的，其主要原理是由真空泵连接高强橡胶吸盘使吸盘牢牢吸附在修复件的表面，从而固定超声振动子与修复件相对成为一体，达到效率较高的高频超声振动，使修复件在焊接的同时通过超声高频振动消除或是减少残余应力。

设计时，以下述几个假设为前提：

①支撑腿杆件由均匀且各向同性的材料构成；②支撑腿可在一定范围内调整长度；③支撑腿可吸附在修复面上；④支撑腿可适应外场及舰面保障条件下的多种修复环境。

设计支撑腿的第一步是材料的选择，一般原则为：材料轻质、耐腐蚀、强度高，并且要易于加工。故选用航空硬铝7075作为支撑腿材料。

第二步是设计支撑腿的形式及确定其具体尺寸。首先是形式的确定，由于支撑腿需要在一定范围内自由调整长度并且可以固定所需要的长度，故经过设计得出支撑腿由杆件1、连接紧固件、杆件2和高强橡胶吸盘组成。具体建模如图7所示。

(1)杆件1。杆件1的顶端是一个直径为8毫米的球体，用于支撑腿和螺旋配合旋转结构的连接，使其可以在空间内进行多维度的旋转，用以配合外场及舰面保障条件下修复环境的多方向、多维度。球体的下方用一个直径为4毫米的小圆柱杆将球体与杆件的主体连接至一起。杆件的主体是一个长度为150毫米，厚度为0.6毫米的空心的圆台，靠近球体的一端大圆直径为11.2毫米，远端直径11毫米。

由于超声振动子采用的是45钢作为材料，故由45钢的密度粗略计算出其重力：

G＝ρVg＝7.85×10^-3kg/cm³×650cm³×9.8N/kg＝50N

辅助吸附机构整体由于使用的是轻质的航空硬铝7075，由航空硬铝7075的密度粗略计算其重力：

G＝ρVg＝2.8×10^-3kg/cm³×500cm³×9.8N/kg＝15N

预估其余附件重力G＝15N，故由

可知，杆件1所需要承受的极限情况下的强度即为仅有一杆支撑全体重力的情况，即

远小于航空硬铝7075的抗拉强度[σ_m]≥572Mpa，故为可靠。其具体建模如图8所示。

(2)连接紧固件。连接紧固件是为配合杆件1、杆件2制造，主体采用的是耐磨、耐腐蚀性较好的高强塑料制造，内部卡箍使用的是高摩擦系数橡胶制造。其内径与杆件1相配合，外部有一可调节螺母，调节螺母可带动内部卡箍卡紧杆件2，将杆件2与杆件1的相对位置固定，从而达到调节支撑腿长度来配合外场及舰面保障条件下复杂修复环境的作用。具体建模如图9所示。

(3)杆件2。杆件2的主体是一个长度为125毫米，厚度为0.6毫米的空心圆台，其大端直径为11毫米，小端直径为10.8毫米。在其小端掏出了一个直径为8.1毫米的球体，用以配合高强橡胶吸盘的安装。

因为机构工作段整体重力在80N左右，由

可知，杆件1所需要承受的极限情况下的强度即为仅有一杆支撑全体重力的情况，即

远小于航空硬铝7075的抗拉强度[σ_m]≥572Mpa，故为可靠。其具体建模如图10所示。

(4)高强橡胶吸盘。高强橡胶吸盘的杆端有一个直径为8毫米的球体，配合杆件2小端掏出的球体用以实现外场及舰面保障条件下修复环境、修复面的多样化、复杂化。高强橡胶吸盘采用的是直径为40毫米的材料为丁腈橡胶的真空吸盘，其使用方式是先将真空吸盘通过接管与真空设备接通，然后与修复面接触，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压，从而与修复面吸牢。

本实用新型的一种便携式超声随焊消应力设备所选用的是直径为40毫米的丁腈橡胶真空吸盘，其具有以下几点特点：①易损耗。由于其材料的原因，其直接接触修复面，磨损严重，所以损耗较快。属于气动易损件；②易使用。不管被吸物体是什么材料做的，只要能密封，不漏气，均能使用。这一点电磁吸盘就无法做到，电磁吸盘只能用于含铁元素较高的修复面，其他材料的修复面是不能吸的，而且其所产生的电磁场也容易对电子元件造成影响；③无污染。橡胶真空吸盘特别环保，不会污染环境，没有光、热，电磁等产生；④不伤修复件。真空吸盘由于是橡胶材料所造，吸取或者放下修复件不会对修复件造成任何损伤。而使用其他的一些固定方式就不行。高强橡胶吸盘的具体建模如图11所示。

2.螺纹配合旋转机构

螺纹配合旋转机构是为了利用旋转产生的相对位移对超声振动子施加一个可测量的压力，使其牢牢固定在修复件表面而设计的一个机构。

设计时，以下述几个假设为前提：

①螺纹配合旋转机构能与内螺旋机构进行内外齿轮啮合配合旋转并由此对超声振动子施加一个可测量的压力；②螺纹配合旋转机构主体与安装支撑腿的部分是相对运动的；③支撑腿可与螺纹配合旋转机构连接并进行多维度的运动。

设计支撑腿的第一步是材料的选择，一般原则为：材料轻质、耐腐蚀、强度高、不易变形，并且要易于加工。故选用航空硬铝7075作为螺纹配合旋转机构的材料。

第二步是设计螺纹配合旋转机构的形式及确定其具体尺寸，由于螺纹配合旋转机构需要安装支撑腿并且安装界面与主体可以相对运动，故经过设计得出螺纹配合旋转机构由外齿轮旋转件、连接紧固件和支撑腿配合安装件组成。具体建模如图12所示。

(1)外齿轮旋转件。外齿轮旋转件是一个阶梯轴结构，其内圆直径为73毫米，内部为齿轮结构，是为配合数显压力测试与显示机构下部分的外齿轮结构旋转使用。外圆直径为90毫米。粗端长20毫米，总长47毫米，两台阶交界处有一深为3毫米，厚为2毫米的圆环槽，是为了配合支撑腿配合安装件安装而设计，使支撑腿配合安装件可以与外齿轮旋转件相对运动，达到螺纹配合旋转机构旋转时，支撑腿部分可以相对静止的目的。细端顶部设计有六个直径为4毫米的圆孔，用以方便连接紧固件的螺纹配合安装。具体建模如图13所示。

(2)支撑腿配合安装件。支撑腿配合安装件主体是一个对称的三阶梯轴，内圆直径与外齿轮旋转件相配合为82毫米，中间粗端外圆直径为90毫米，长20毫米，两端的细端外圆直径为86毫米，长各7毫米，故总长为34毫米。在粗端外圆的一侧0°、90°、180°处分别设计有一相对轴心高55毫米，中间带有直径8.1毫米的球切面的圆柱，高度的设计主要是依据支撑腿杆件的直径，方便支撑腿的收纳。该部件设计的主要目的是为了配合支撑腿的安装，使支撑腿可以在空间内进行多维度的旋转，用以配合外场及舰面保障条件下修复环境的多方向、多维度。具体建模如图14所示。

(3)连接紧固件。连接紧固件的设计制造主要是为了使支撑腿配合安装件相对外齿轮旋转件只进行轴向旋转运动而不进行径向运动，并且将支撑腿配合安装件与外齿轮旋转件相对固定为一个件，方便安装使用。具体建模如图15所示。

3.内螺旋机构

内螺旋机构是为了配合螺纹配合旋转机构进行旋转从而产生相对位移，使与之相对固定的超声振动子主体受到一个可测的压力而设计的一个机构。

设计时，以下述几个假设为前提：

①内螺旋机构能与螺纹配合旋转机构进行内外齿轮啮合配合旋转并由此对超声振动子施加一个可测量的压力；②内螺旋机构相对超声振动子主体是固定的；③内螺旋机构上拥有可安装扶手盖的部分。

设计内螺旋机构的第一步是材料的选择，一般原则为：材料轻质、耐腐蚀、强度高、不易变形，并且要易于加工。故选用航空硬铝7075作为内螺旋机构的材料。

第二步是设计内螺旋机构的形式及确定其具体尺寸，由于内螺旋机构要固定在超声振动子上，并且还需要有一部分可以安装扶手盖，故经过设计得出内螺旋机构由内螺纹主体和扶手盖安装部分组成。其具体建模如图16所示。

(1)内螺纹主体。内螺纹主体的主要作用就是配合螺纹配合旋转机构进行内外齿轮啮合配合旋转并由此对超声振动子施加一个可测量的压力，同时为扶手盖安装部分提供一个可靠的底座，方便扶手盖的安装并预留给压力表一个安装的空间。内螺纹主体是一个内径为70毫米，外径为73毫米的空心圆柱体。其长度为108.5毫米，其中103.5毫米为空心段，是为了配合超声振动子固定段，后配有5毫米厚的底部拖板，在拖板上连有两根对称的直径为6毫米的圆柱将内螺纹主体与扶手盖安装部分连接成为一体。

(2)扶手盖安装部分。扶手盖安装部分的主要功能就是为扶手盖提供一个安装位，并且使扶手盖可以与螺纹配合旋转机构进行联动旋转，达到扶手盖与螺纹配合旋转机构同时旋转的同时，螺纹配合旋转机构挤压压力表的弹簧测力部分，压力表再通过对弹簧测力部分变形量的测量转化为数字信号显示出来，达到数显压力测量的目的。扶手盖安装部分为一直径为82毫米，长度为11毫米的圆柱体，在其圆环中心留有一个安装轴承的间隙，方便其与扶手盖安装并且使扶手盖与其能够进行相对运动。

4.数显压力测试与显示机构

数显压力测试与显示机构是为了测试并显示超声振动子与修复件之间的相对压力，并且能够配合安装超声振动子、螺纹配合旋转机构以及扶手盖而设计选取的机构。具体建模如图17所示。

本实用新型的一种便携式超声随焊消应力设备所选用的数显压力测试与显示机构采用的是LED数字显示屏幕，在其主体上带有两个按键，开/关机按键与置零按键，开机时即会进行一次置零处理，在测量的同时如果有需要也可再次进行置零。

此数显压力测试与显示产品具有精度高，功耗低，外形小巧，结构坚固，采用新颖的一体式传感器等特点。在其主体内部有一个螺旋形测力弹簧，其伸长段与螺纹配合旋转机构的主体相连，通过螺纹配合旋转机构与数显压力测试与显示机构和扶手盖部分的共同旋转，对与内螺旋机构固定于一体的超声振动子施加一个压力，同时会使螺旋形测力弹簧发生形变，这个形变会通过数显压力测试与显示机构内部的传感器以及数据处理元件转化为电信号输出至屏幕上，从而达到压力测试与数字显示的目的。

5.扶手盖

扶手盖是为了给整个辅助机构提供一个便于拿取，并且方便于设备使用工作的部件。

设计时，以下述几个假设为前提：

①扶手盖能配合螺纹配合旋转机构进行旋转；②扶手上要有两个开关按钮，一个是超声发生器的电源开关，一个是真空泵的电源开关，两个开关的设计更加方便于整个设备的使用；③扶手盖可安装在内螺旋机构上配合安装的部分。

设计扶手盖的第一步是材料的选择，一般原则为：材料轻质、耐腐蚀、强度高、不易变形，并且要易于加工。故选用航空硬铝7075作为内螺旋机构的材料，扶手上由于要考虑舒适性可以适当加装橡胶或海面等缓冲受力部分。

第二步是设计扶手盖的形式及确定其具体尺寸，由于扶手盖要固定在内螺纹机构上，并且还需要与螺纹配合旋转机构进行配合旋转，故经过设计得出扶手盖由两部分组成，其中一部分具有扶手，另一部分则是配合安装。具体建模如图18所示。

(1)扶手部分。扶手部分由半圆带槽空心柱部分和扶手部分组成，半圆带槽空心柱的前段具有一个小圆槽，是为安装数显压力测试与显示机构设计，其中心具有一个大的圆环槽，则是为了安装轴承所设计。半圆带槽空心柱部分的外径为90毫米，内径为73毫米，长24毫米，中心圆环槽长11毫米，直径为82毫米。扶手部分则是一个空心的圆弧型结构，上面带有两个开关按钮，一个是超声发生器的电源开关，一个是真空泵的电源开关，两个开关的设计更加方便于整个设备的使用。具体建模如图19所示。

(2)配合安装部分。配合安装部分是一个半圆带槽空心柱，其与扶手部分的半圆带槽空心柱是对称的，仅是在扶手安装对应的面上具有两个圆孔，方便于扶手与其使用螺栓固定。具体建模如图20所示。

6.真空泵

真空泵是为了抽取高强橡胶吸盘以及刚性真空连接元件内部的空气，使超声振动子的工具头部分与修复区域牢牢固定于一体，达到效率较高的高频超声振动，使修复件在焊接的同时通过超声高频振动消除或是减少残余应力，改善修复件焊接表面质量。

由于真空泵的作用是使超声振动子固定在修复面上，故其产生极限负压、真空度、公斤力性能非常重要，由于机构总重约为5kg，故由其所需要的公斤力可以由重量比上吸盘面积求出。吸盘总面积S＝3S₁+S₂＝3×π×2²+5²＝62.7cm²，故其所需公斤力

考虑到各种情况下受力的不同，故选用了VCH1028微型真空泵。

VCH1028型真空泵具有以下优异的特点：①大流量(28LPM)、高真空度(10KPA(abs.))、高负压(-0.09MPA)；②抽气端允许带大负载，甚至堵死也能正常工作；排气端必须通畅；不能布置大阻尼元件；③抽吸力强劲，用于真空垂直吸附时，配合吸盘，每平方厘米可以提起0.9公斤重的物体；④无污染传输，免维护；可以24小时连续运转；⑤可以任意方向安装；允许介质富含水汽；⑥低能耗、抽吸力较大。并且改型真空装置体积较小，只有209mm×78mm×115mm携带更加方便。

7.刚性真空连接元件

刚性真空连接元件是安装在超声振动子工具头前端的一个吸附元件，选择加装其目的是为了利用真空吸附的原理使超声振动子通过刚性真空连接元件与修复件连接成为一体，从而充分利用超声振动去应力设备，使其在焊接的同时，对焊接熔池的熔融状态和高温超塑阶段实施高频冲击振动，通过改善修复件焊缝金属凝固晶体组织从而达到消除或缓和焊接残余应力、改善焊接变形的目的。其具体建模如图21所示。与超声振动子连接后建模图如图22所示。

2.3工具车设计

工具车是为了给整个便携式超声随焊消应力设备提供一个方便转换场地并使用的辅助设计产品。

设计时，以下述几个假设为前提：

①工具车能够分层放置真空装置、超声发生器、超声振动子及其辅助机构等；②工具车要方便转换场地，并且能够相对固定。

设计工具车的第一步是材料的选择，一般原则为：材料轻质、耐腐蚀、强度高、不易变形，并且要易于加工。故选用不锈钢作为主体的材料，部分机构使用硬铝合金、高强塑料等材料。

第二步是设计工具车的形式及确定其具体尺寸，由于工具车要分层放置真空装置、超声发生器、超声振动子及其辅助机构等，并且要方便转换场地，能够相对固定，故经过设计得出工具车使用的是抽屉式、万向轮设计，由工具车主体、小抽屉、大抽屉、抽屉滑轨、万向轮构成。具体建模如图23所示。

(1)工具车主体。工具车主体是一个类似于桌子的造型，其不含把手的具体尺寸为1000mm*500mm*1200mm，四角腿长470mm，上部分为方便抽屉的安装设计有三个抽屉空位，分别为两个920mm*180mm*480mm的小抽屉空位和一个920mm*270mm*480mm的大抽屉空位，扶手设计在工具车主体的1100mm处，方便使用者推动工具车至使用位置。

(2)抽屉滑轨。抽屉滑轨采用的是DRS-450规格，用于抽屉与工具车主体相配合。

(3)小抽屉。工具车上层两个抽屉均为小抽屉，可用来放置超声发生器、超声振动子及其辅助机构以及相应管路等。小抽屉的尺寸为920mm*180mm*480mm。

(4)大抽屉。工具车下层抽屉为大抽屉，可用来放置真空装置及其管路等。大抽屉的尺寸为920mm*270mm*480mm。

(5)万向轮。万向轮采用的是75毫米中载型脚轮-万向带塑料双刹型，用于工具车的行进与停止，便于在外场及舰面保障条件下的各种路况使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (9)

1.一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，其结构包括：超声振动部分、辅助真空吸附部分以及配套的工具车，

所述超声振动部分包括超声发生器、超声振动子、工具头以及相应的连接传输机构；通过大功率能量推动工具头，在焊接的同时，对焊接熔池的熔融状态和高温超塑阶段实施高频冲击振动；

所述辅助真空吸附部分包括支撑腿、螺纹配合旋转机构、内螺旋机构、数显压力测试与显示机构、扶手盖、真空泵、刚性真空连接元件，利用真空吸附原理，使超声随焊去应力机能够在各种环境下对修复区域有效施加高频超声振动，并实现压力的数字化控制；

其中支撑腿是为了将超声振动子固定在修复件表面而设计制造的，利用真空泵连接高强橡胶吸盘使吸盘牢牢吸附在修复件的表面，从而固定超声振动子与修复件相对成为一体；

其中螺纹配合旋转机构是为了利用旋转产生的相对位移，对超声振动子施加一个可测量的压力，使其牢牢固定在修复件表面而设计的一个机构；

其中内螺旋机构是为了配合螺纹配合旋转机构进行旋转从而产生相对位移，使与之相对固定的超声振动子主体受到一个可测的压力而设计的一个机构；

其中数显压力测试与显示机构是为了测试并显示超声振动子与修复件之间的相对压力，并且能够配合安装超声振动子、螺纹配合旋转机构以及扶手盖而设计选取的机构；

其中扶手盖为了给整个辅助机构提供一个便于拿取，并且方便于设备使用工作的部件；

其中真空泵是为了使超声振动子的工具头部分与修复区域牢牢固定于一体，达到效率较高的高频超声振动，使修复件在焊接的同时通过超声高频振动消除或是减少残余应力，改善修复件焊接表面质量；

所述配套的工具车将所述超声振动部分、辅助真空吸附部分整合在一起，实现一体化和移动的便携性。

2.根据权利要求1所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述超声振动子是超声振动的实施部分，由超声换能器、传振杆、超声变幅杆组成，其中超声发生器与换能器之间安装匹配电感，以使超声发生器与换能器处于谐振状态，其中传振杆为超声换能器和超声变幅杆之间的连接杆，其用于将超声换能器所产生的振动完全传递至超声变幅杆，然后经由工具头施加到修复件上。

3.根据权利要求2所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述超声换能器采用前后夹心式压电换能器，该型换能器利用单晶材料的压电效应和多晶材料的电致伸缩效应将电能转化为机械振动；所述超声变幅杆设计为阶梯形。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述支撑腿结构包括杆件1、杆件2、连接紧固件和高强橡胶吸盘，

其中杆件1的顶端通过一球体将支撑腿和螺旋配合旋转结构相连，使其可以在空间内进行多维度的旋转，用以配合外场及舰面保障条件下修复环境的多方向、多维度；球体的下方通过圆柱杆将球体与杆件1的主体连接至一起；

其中杆件2的底端通过另一球体配合安装高强橡胶吸盘；

其中连接紧固件配合杆件1、杆件2制造，主体采用高强塑料制造，内部卡箍使用高摩擦系数橡胶制造，其内径与杆件1相配合，外部有一可调节螺母，调节螺母带动内部卡箍卡紧杆件2，将杆件2与杆件1的相对位置固定，从而达到调节支撑腿长度来配合外场及舰面保障条件下复杂修复环境的作用。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述螺纹配合旋转机构结构包括外齿轮旋转件、支撑腿配合安装件和连接紧固件，

其中外齿轮旋转件是一个阶梯轴结构，其内部为齿轮结构，用于配合数显压力测试与显示机构下部分的外齿轮结构旋转使用，两台阶交界处有一圆环槽，是为了配合支撑腿配合安装件安装而设计，使支撑腿配合安装件可以与外齿轮旋转件相对运动，达到螺纹配合旋转机构旋转时，支撑腿部分可以相对静止的目的，细端顶部设计有多个圆孔，用以方便连接紧固件的螺纹配合安装；

其中支撑腿配合安装件主体是一个对称的三阶梯轴，是为了配合支撑腿的安装，使支撑腿在空间内进行多维度的旋转，用以配合外场及舰面保障条件下修复环境的多方向、多维度；支撑腿配合安装件主体内圆直径与外齿轮旋转件相配，中间带有具有球切面的圆柱，高度的设计依据支撑腿杆件的直径，方便支撑腿的收纳；

其中连接紧固件用于使支撑腿配合安装件相对外齿轮旋转件只进行轴向旋转运动而不进行径向运动，并且将支撑腿配合安装件与外齿轮旋转件相对固定为一个件，方便安装使用。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述内螺旋机构包括内螺纹主体、扶手盖安装部分，

其中内螺纹主体用于配合螺纹配合旋转机构进行内外齿轮啮合配合旋转，并由此对超声振动子施加一个可测量的压力，同时为扶手盖安装部分提供一个可靠的底座，方便扶手盖的安装并预留给压力表一个安装的空间；内螺纹主体是一个空心圆柱体，其包括一空心段，是为了配合超声振动子固定段，后配有底部拖板，在拖板上连有两根对称圆柱将内螺纹主体与扶手盖安装部分连接成为一体；

其中扶手盖安装部分用于为扶手盖提供一个安装位，并且使扶手盖可以与螺纹配合旋转机构进行联动旋转，达到扶手盖与螺纹配合旋转机构同时旋转的同时，螺纹配合旋转机构挤压压力表的弹簧测力部分，压力表再通过对弹簧测力部分变形量的测量转化为数字信号显示出来，达到数显压力测量的目的；扶手盖安装部分为一圆柱体，在其圆环中心留有一个安装轴承的间隙，方便其与扶手盖安装并且使扶手盖与其能够进行相对运动。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述扶手盖由两部分组成，其中一部分具有扶手，另一部分则是配合安装，

其中扶手由半圆带槽空心柱部分和扶手部分组成，半圆带槽空心柱的前段具有一个小圆槽，是为安装数显压力测试与显示机构设计，其中心具有一个大的圆环槽，则是为了安装轴承所设计；扶手部分则是一个空心的圆弧型结构，上面带有两个开关按钮，一个是超声发生器的电源开关，一个是真空泵的电源开关，两个开关的设计更加方便于整个设备的使用；

其中配合安装一个半圆带槽空心柱，其与扶手部分的半圆带槽空心柱是对称的，仅是在扶手安装对应的面上具有两个圆孔，方便于扶手与其使用螺栓固定。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，还包括刚性真空连接元件，所述刚性真空连接元件是安装在超声振动子工具头前端的一个吸附元件，选择加装其目的是为了利用真空吸附的原理使超声振动子通过刚性真空连接元件与修复件连接成为一体，从而充分利用超声振动去应力设备，使其在焊接的同时，对焊接熔池的熔融状态和高温超塑阶段实施高频冲击振动，通过改善修复件焊缝金属凝固晶体组织从而达到消除或缓和焊接残余应力、改善焊接变形的目的。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式超声随焊消应力设备，其特征在于，所述配套的工具车包括工具车主体，在工具车主体上设计有多个抽屉空位，多个抽屉通过抽屉滑轨与所述抽屉空位相配合，在工具车主体底部四角通过支腿设有万向轮，工具车主体的一侧还设计有扶手。

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