我國超聲衝擊設備的發展和應（yīng）用

近（jìn）幾年隨著我國經濟建（jiàn）設的加快，焊接作為金屬材料的主要（yào）連接方式被廣泛采用。本世紀之初在超聲衝擊設備發明之初就已經引進國內，經（jīng）過近二十餘年的發（fā）展變（biàn）革，終於縮短了與發達國家間的差距，已在航空航天、橋梁、起重機、船舶、機車（chē）車輛、工程機械、礦山機械、軍工領（lǐng）域廣泛應用。

一（yī）般設計人（rén）員主要（yào）考慮的是:焊接接頭的承受靜載能力一般（bān）不低於母材，而承（chéng）受交.變動荷載時，其承受能力卻遠遠低於母材。因此，對於承受交變動荷載的焊接（jiē）結構，經常會（huì）發生突然斷裂事故，其中90%為疲勞失效。.將超聲波能量運用到金屬材料焊接接頭的焊後（hòu）處理，以達到消除焊縫殘（cán）餘應力（lì）和提高疲勞性能的目的。

1、超聲衝擊技術原理及設（shè）備

超聲波發生器產生頻率大於18KHz的振（zhèn）蕩電信號，通過適當的結構傳導給換能器將電能轉（zhuǎn）換為同頻率的機（jī）械振動能量;最後通過變截麵設計的變幅杆將振（zhèn）幅放大至50μm。然（rán）後把（bǎ）振動能量通過各（gè）種形式的工具（jù）頭傳到被處理焊縫區域的表麵。

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的大衝擊力低頻設備的缺陷。設備（bèi）參數包括頻率、振幅、功率。其中:頻率振幅.是設備所固有的（de）,唯獨功率（lǜ）是可調的。衝擊頭可根據不同接頭（tóu）形式及熱影響區寬度合（hé）理設計,原則上直徑越小（xiǎo）效果越好。換能器主要由壓電陶瓷片組成,由於（yú）近20年功能陶瓷技術的發（fā）展，國產壓電陶瓷片的各項性能指標與進口同類產品幾乎（hū）沒有差別,完全能夠滿足設備的使用（yòng）要求,目前（qián）國產（chǎn）壓電陶瓷片占據90%市場份（fèn）額。對於壓電陶瓷式設備功率在150 W-300W之間是最理想狀態。

3、超聲（shēng）衝擊在典（diǎn）型焊縫的應用

對焊趾衝擊,消除焊縫近（jìn）表麵的拉應力,產生壓應力層。以點衝擊接觸,使近表麵（miàn）的拉應力變為壓應力特征的“麵效應”型消應（yīng）力（lì）工藝。它是以提高焊縫近表麵疲勞性能為主要技術定位的，適用於關鍵焊縫局部處理。厚板分層焊接的分層衝擊，使整個焊接結（jié）構具有更好的疲勞性能,同（tóng）時可消除因疲勞引（yǐn）起的裂（liè）紋。適用於沒有熱處理（lǐ）條件並承受交變動荷載的（de）焊接部件。

4、經（jīng）過超聲衝擊處理後（hòu）的焊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的中1.2mm焊（hàn）絲，焊接電流:220-260A,焊縫經過充分

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

5、超聲衝擊效果分（fèn）析

根據焊縫殘（cán）餘應力的測試結果和應力沿層深方向的分（fèn）布狀態，可以得到以下效果:焊縫表麵下（xià）1~2mm的深度範圍內產生壓縮性的塑性形變完全（quán）消（xiāo）除拉應力,並預製了壓應（yīng）力層;表麵下（xià）3~5mm的深度範圍內消除殘餘應力70%;表麵下6~ 10mm的深度範圍內消除殘餘應力50%。尤其值得關注（zhù）的是，經超聲衝擊處理（lǐ）後的焊縫（féng）表層0.02~0.1mm的深度範圍內表層晶粒細化，硬度和耐（nài）蝕（shí）性提高了。

6、提高疲勞強度的（de）機理超聲衝擊是通過改善焊（hàn）趾（zhǐ）幾何形（xíng）狀，使（shǐ）焊縫表麵形成光滑過渡圓弧表（biǎo）層晶粒細化、消除焊趾表麵缺陷以及消除拉（lā）應力和預製（zhì）壓應力的綜（zōng）合作用,提高了（le）焊接接頭的疲勞強度（dù）,延長疲勞壽命,防止焊縫開裂（liè）。

試驗結果和實際應用效果（guǒ）表明，焊縫表麵采用超聲衝擊消應力處理，對（duì）焊（hàn）縫表麵和表麵下10mm 的深度範（fàn）圍內消（xiāo）應力效果明顯;超聲衝擊（jī）可以改善（shàn）焊（hàn）趾幾何形狀,使焊縫表麵形成光（guāng）滑的過渡圓弧、1 ~2mm的表層（céng）晶粒細化並預（yù）製壓應力、消除（chú）焊趾表麵微小缺陷。其綜合作用（yòng）是提高了焊接接頭的（de）疲勞強度，延長疲勞壽（shòu）命,防止焊縫開裂。所以,超聲衝擊屬於“麵效應"型消（xiāo）應力工藝，可提高焊縫疲勞性能，也適用於關鍵焊縫的局部處理。