CN2701537Y - 超声波振动处理机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波设备，特别公开了一种超声波振动处理机。该超声波振动处理机特殊之处在于：由处理器和可把低频交流电转变为高频交流震荡电信号的振动电源两部分组成，所述处理器包括外壳、把震荡电信号转换成相同频率机械振动的换能器、放大并传递振幅的变幅杆以及固定在变幅杆末端的工具头。该处理机轻巧，可控性好，使用灵活方便，噪音小，应用受限少，成本低而且节能，是一种理想的焊后改善焊接头疲劳性能的设备。

Description

超声波振动处理机

(一)所属技术领域

本实用新型涉及一种超声波设备，特别涉及一种超声波振动处理机。

(二)背景技术

目前，在工程技术领域焊接技术已成为最为广泛的工艺方法，许多最重要的技术问题都要通过焊接解决，在工程生产上焊接结构已占钢铁总产量的50％～70％，然而，焊接结构经常不断发生断裂事故，其中90％因为疲劳失效而造成，其原因主要是焊接结构在承受变载荷时其接头承受能力远小于母材，以致焊接接头疲劳而过早失效。当前焊接结构有往高速重载发展的趋势，而对焊接结构疲劳强度方面的科研相对滞后。

焊接焊趾处受焊接缺陷、应力集中、残余拉应力作用，其疲劳强度大大低于基本金属的疲劳强度。因此，关于提高焊接疲劳强度的研究不断展开。目前，在生产中为改善焊趾几何形状、降低应力集中，主要采用TIG熔修、机械加工、砂轮打磨、运用特种焊条等方法，而为降低表面拉应力和产生压应力主要采用锤击、喷丸、热处理等工艺方法，以上种种方法很容易受到诸多环境因素的制约，而且处理后的效果往往不太理想。

(三)发明内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种可提高焊接接头及焊趾的疲劳强度、适应于各种接头的超声波振动处理机，该处理机轻巧，可控性好，使用灵活方便，噪音小，应用受限少，成本低而且节能，是一种理想的焊后改善焊接头疲劳性能的设备。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种超声波振动处理机，其特殊之处在于：由处理器和可把低频交流电转变为高频交流震荡电信号的振动电源两部分组成，所述处理器包括外壳、把震荡电信号转换成相同频率机械振动的换能器、放大并传递振幅的变幅杆以及固定在变幅杆末端的工具头。

本实用新型的超声波振动处理机，所述振动电源的结构为：AC220V市电经低通滤波后分为两路进行整流滤波，其中经整流滤波提供给反激逆变稳压所需能量，反激逆变稳压将直流高压电压经隔离变换为一组低压稳压电压、三组低压非稳压电压，三组低压非稳压电压经直流稳压后，形成稳压电压；另一路经整流滤波形成直流高压电压，在脉宽电压控制作用下，经电子斩波稳压形成可调并稳压的直流电压，该电压经受控于压控振荡及推动的电压开关型谐振放大转换为相应的正弦波，后经阻抗匹配完成滤波和换能器阻抗匹配，作为压电换能器的能量输出；通过压电换能器的电流经电流互感器形成两路电压信号，一路通过波形变换将正弦波信号变换为同初相位的脉冲信号，形成相位负反馈，另一路通过整流滤波形成电流负反馈，与脉宽调压控制作用，经电子斩波稳压完成压电换能器在一定力阻变化范围内的恒振速控制。

本实用新型的超声波振动处理机，为了提高振幅，所述变幅杆采用阶梯式双级放大结构。

本实用新型的超声波振动处理机，其进一步的改进在于：所述工具头与变幅杆连接处为弹簧卡圈。

本实用新型的超声波振动处理机，其更进一步的改进在于：所述换能器后端、外壳内设置有减震环。

本实用新型的处理机能很好的解决现行焊后处理存在的弊端，处理效果远远好于现行处理方式。处理机处理效果及其功能主要表现在以下几个方面：

1、消除残余拉应力，产生理想的压应力。

2、改善焊趾的几何形状，降低应力集中。

3、局部强化、表面强化处理，提高工件表面质量与寿命。

4、消除材料内部和焊趾处的微小裂纹、熔渣、气孔等缺陷，抑制裂纹提前萌生。

5、调整原有的应力场，明显减少细长杆、薄板焊接变形，提高工件尺寸等的稳定性。

6、提高抗腐蚀能力2～5倍。

7、提高疲劳强度90～120％，延长疲劳寿命5～100倍。

8、处理深度即穿透100mm左右。

(四)附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型振动电源的具体原理示意图。

图2为本实用新型处理器的结构示意图。

图中，1低通滤波，2整流滤波，3反激逆变稳压，4直流稳压，5整流滤波，6脉宽调压控制，7电子斩波稳压，8压控振荡及推动，9电压开关型谐振放大，10阻抗匹配，11电流互感器，12压电换能器，13相位负反馈，14电流负反馈，15换能器，16变幅杆，17工具头，18减震环，19手柄，20外壳。

(五)具体实施方式

附图为本实用新型的一种具体实施例。该实施例处理机由两部分组成，一部分为超声波振动电源，通过电路设计产生20KHz的振荡电信号。另一部分是处理器，它是接受振荡电信号并转换成机械振动，然后放大振幅并传递到工具头上进行工件处理。

超声波振动电源具体原理框图如图1所示，本电源采用Q开关电源技术，将220V、50Hz工频交流电转变为超声频20KHz交流振荡电信号，其转换过程如下：AC220V市电经低通滤波1后分为两路进行整流滤波，其中经整流滤波2提供给反激逆变稳压3所需能量。反激逆变稳压3将大约DC300V电压经隔离变换为一组+15V稳压电压，一组-20V，一组+20V和一组+10V非稳压电压。后三组电压经直流稳压4后，形成-15V、+15V和+5V三组稳压电压上述四组稳压电压供机内各部控制单元使用。

另一路经整流滤波5形成DC300V电压，在脉宽电压控制6作用下，经电子斩波稳压7形成DC0～280V可调并稳压的直流电压。该电压经受控于压控振荡及推动8的电压开关型谐振放大9转换为相应的正弦波。后经阻抗匹配10完成滤波和换能器阻抗匹配，作为压电换能器12的能量输出。通过压电换能器12的电流经电流互感器11形成两路电压信号，一路通过波形变换将正弦波信号变换为同初相位的脉冲信号，形成相位负反馈13。其作用是使压控振荡及推动8产生的频率信号满足压电换能器12负载力抗变化引起的频率跟踪要求。另一路通过整流滤波形成电流负反馈14，与脉宽调压控制6作用，经电子斩波稳压7完成压电换能器12在一定力阻变化范围内的恒振速控制。

超声处理器的结构如图2所示，主要由换能器15、变幅杆16和工具头17、手柄19、减震环18及外壳20组成。其中由换能器15把振荡电信号转换成相同频率的机械振动，换能器15输出端接二分之一波长阶梯式双级放大变幅杆16，由变幅杆16双级放大振幅并传递到工具头17上。在自重或外力作用下，将传递到工具头17上的机械振动作用在工件或焊缝上，工具头17是为让超声波很好的作用于被处理的不同工件表面，由弹簧卡圈与变幅杆16固定。为使在处理工件时不产生机械振动，在手柄19前端、外壳20内设置减震环18。

Claims (6)

1.一种超声波振动处理机，其特征在于：由处理器和可把低频交流电转变为高频交流震荡电信号的振动电源两部分组成，所述处理器包括外壳(20)、把震荡电信号转换成相同频率机械振动的换能器(15)、放大并传递振幅的变幅杆(16)以及固定在变幅杆(16)末端的工具头(17)。

2.根据权利要求1所述的超声波振动处理机，其特征在于：所述振动电源的结构为：AC220V市电经低通滤波(1)后分为两路进行整流滤波(2)(5)，其中经整流滤波(2)提供给反激逆变稳压(3)所需能量，反激逆变稳压(3)将直流高压电压经隔离变换为一组低压稳压电压、三组低压非稳压电压，三组低压非稳压电压经直流稳压(4)后，形成稳压电压；另一路经整流滤波(5)形成直流高压电压，在脉宽电压控制(6)作用下，经电子斩波稳压(7)形成可调并稳压的直流电压，该电压经受控于压控振荡及推动(8)的电压开关型谐振放大(9)转换为相应的正弦波，后经阻抗匹配(10)完成滤波和换能器阻抗匹配，作为压电换能器(12)的能量输出；通过压电换能器(12)的电流经电流互感器(11)形成两路电压信号，一路通过波形变换将正弦波信号变换为同初相位的脉冲信号，形成相位负反馈(13)，另一路通过整流滤波形成电流负反馈(14)，与脉宽调压控制(6)作用，经电子斩波稳压(7)完成压电换能器(12)在一定力阻变化范围内的恒振速控制。

3.根据权利要求1或2所述的超声波振动处理机，其特征在于：所述变幅杆(16)采用阶梯式双级放大结构。

4.根据权利要求1或2所述的超声波振动处理机，其特征在于：所述工具头(17)与变幅杆(16)连接处为弹簧卡圈。

5.根据权利要求1或2所述的超声波振动处理机，其特征在于：所述换能器(15)后端、外壳(20)内设置有减震环(18)。

6.根据权利要求3所述的超声波振动处理机，其特征在于：所述换能器(15)后端、外壳(20)内设置有减震环(18)。

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