我國超（chāo）聲衝擊設備的發展和應用

近幾年隨著我國經濟（jì）建設的加快，焊接作為金屬材料的主要連接方式被廣（guǎng）泛采用。本（běn）世紀之初在超聲衝擊設備（bèi）發明之初就已經引進國內，經過近二十餘年的發展變革，終於縮短了與發達國家間的差（chà）距，已在航空航天、橋梁、起重機、船（chuán）舶、機車車輛、工程機械、礦山機械、軍（jun1）工（gōng）領域廣泛應用。

一（yī）般設計人（rén）員主要考慮的是:焊（hàn）接接（jiē）頭的（de）承受靜載能力一般不低於母材，而承受交.變動荷載時，其承受能力卻遠遠低於母材。因此，對於承（chéng）受交變動荷載的焊接結構，經常會發生（shēng）突然斷裂事故，其中90%為疲勞（láo）失效。.將超聲波（bō）能量運（yùn）用到金屬材料焊接接頭的焊後處理，以達到消除焊縫殘餘應力和提高疲勞性（xìng）能的目的。

1、超（chāo）聲衝擊技術原理及設備

超聲波發（fā）生器（qì）產生頻率（lǜ）大於18KHz的振蕩電（diàn）信號，通過適當的結構傳導給換能器將電能（néng）轉換為同頻率的機械振動能量;最後通過變截麵設計（jì）的（de）變幅杆將（jiāng）振幅放大至50μm。然後把振動能量通過各種形式（shì）的工具頭傳（chuán）到（dào）被處（chù）理焊縫區（qū）域的表麵。

2、設備參數合理選擇

焊後采用過大的衝擊力反而很可能會引起新的裂紋，這就是使用風鎬之類（lèi）的大衝擊力低頻設備（bèi）的缺陷。設備參數包（bāo）括頻率、振幅（fú）、功率。其（qí）中:頻率振幅.是設備所固有的,唯（wéi）獨功率是可調的。衝擊頭可根據（jù）不同（tóng）接頭形（xíng）式及熱影響區寬度合理設計,原則（zé）上直徑越小效果越好。換能器主要由壓（yā）電陶瓷（cí）片組成,由於近20年功能陶（táo）瓷技術的發展，國產壓電陶瓷片的（de）各項性能指標與進口同類產品（pǐn）幾乎沒有差（chà）別,完全能夠滿足設備的使（shǐ）用（yòng）要求,目（mù）前（qián）國產壓電陶瓷片占據90%市場份額。對（duì）於壓（yā）電陶瓷式設備功率在150 W-300W之間是最理想狀態。

3、超（chāo）聲衝擊在典型焊縫的應用

對（duì）焊趾衝擊,消除焊縫近表麵的拉應力,產生壓應（yīng）力層。以點衝擊接觸,使近表麵的拉應力變為（wéi）壓應力特征的（de）“麵效應”型消應力（lì）工藝。它是以提高焊縫近（jìn）表麵疲勞性能為主要技（jì）術定位的，適用（yòng）於關鍵焊縫局部處理。厚板分層（céng）焊接的分層衝擊，使整（zhěng）個焊接結構具有更好的（de）疲勞性能,同時可消除因疲勞引起的裂紋。適用於沒有熱處理條件並承受交變動荷載（zǎi）的焊接（jiē）部件。

4、經過超聲衝擊處理（lǐ）後的焊（hàn）縫應力測試被焊母材為16Mn,保護氣體:80% Ar+20%C02的混合氣體,焊接材料是ER50- 6的（de）中1.2mm焊絲，焊接（jiē）電流:220-260A,焊縫經過充分

的超聲衝擊處理後進行表麵殘餘應力測試，圖3為焊態的應力沿（yán）層深（shēn）方向分布情況;圖4經超（chāo）聲衝擊（jī）處理後的應力狀態沿層深方向分布情況。

5、超聲（shēng）衝擊效果分析

根據焊縫殘餘應（yīng）力的測試結果和應力沿層深方向（xiàng）的分布狀態，可以得到（dào）以下效果（guǒ）:焊縫表麵下1~2mm的深度（dù）範圍內產生壓縮（suō）性的塑性形變完全消除拉應力,並預製了（le）壓應力層;表麵下3~5mm的深度範圍內消除殘餘應（yīng）力70%;表麵下（xià）6~ 10mm的深度範圍（wéi）內消除（chú）殘餘應力50%。尤其值得關注的是，經超聲（shēng）衝擊處理後的焊縫表層0.02~0.1mm的深度範圍（wéi）內表層晶（jīng）粒細化，硬度和耐蝕性提高了。

6、提高疲勞強度的機理超聲衝擊是通過改善焊趾幾何形狀，使焊縫表麵形成光滑過渡圓弧表層晶粒細化、消（xiāo）除焊趾表麵缺陷以及消除拉應力（lì）和預（yù）製壓應力的（de）綜合作用,提高了（le）焊（hàn）接接頭的（de）疲勞強度,延長疲勞壽命,防（fáng）止焊縫開裂。

試驗結果和實際（jì）應用效果表明，焊縫表麵采用超聲衝擊消應（yīng）力處理，對焊縫表麵和表麵下10mm 的（de）深度範圍內消應（yīng）力效（xiào）果明顯;超聲衝擊可以改善焊趾幾何形狀,使焊縫表麵形成光滑的過渡圓弧、1 ~2mm的表層（céng）晶（jīng）粒細化並預製壓應力、消除（chú）焊趾表麵微小缺陷。其綜合作用是提高了焊接接頭的疲勞強度，延長疲勞壽命（mìng）,防止焊縫（féng）開裂。所以,超聲衝擊屬於（yú）“麵效應"型消應力工藝，可提高焊（hàn）縫疲勞性能，也適用於關鍵焊縫的局部處理。