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超聲波去應力和振動時效設備的異同

更新時間:2022/4/1  點擊數:80


很多人都誤以為振動時效就是超聲波去應力設備。實際上超聲波去應力設備一般成為超聲沖擊,或者豪克能焊接應力消除設備(這兩個也是有區別的)。兩者從工作原理和應用對象方面都有區別。

振動時效又稱振動消除應力,簡稱VSR( vibra orys ress relief),是利用受控振動能量對試件進行振動處理。消除其殘余應力,防止試件變形和開裂使尺寸精度獲得穩定的一種方法,其實質是以振動的形式給試件施加附加應力。當附加交變應力與殘余應力疊加后,達到或超過材料的屈服極限時,即I'o,(交變應力)+o n(殘余應力)> o,(屈服極限>試件將發生微觀或宏觀塑性變形,從而降低和均化試件內的殘余應力,使其尺寸精度趨于穩定。


振動時效的特點

1)投資少。熱時效消除應力需要建造大型時效爐,造價昂貴,利用率低。采用振動時效則可避免這些問題。與熱時效相比,振動時效無需龐大的熱時效爐,可節省占地面積與昂貴的設備投資。

2)生產周期短。自然時效需經幾個月長期放置,熱時效需經數十小時周期,而振動時效則只需振動數十分鐘。另外,振動時效不受場地限制,可減少試件在時效前后的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產線上,不僅能使生產安排更緊湊,而且可以消除加工過程中產生的應力。

3)使用方便。振動時效時振動設備體積小,重量輕,便于攜帶。由于振動處理不受場地限制,振動裝置又可攜至現場,所以這種工藝與熱時效相比,使用簡便,適應性更強。

4)節約能源,降低成本。振動時效工藝相對于熱時效工藝來說,在減少資源消耗和大氣污染的環境指標中占絕對優勢。實踐證明,功率為 186~746 W的機械式激振器可振動150 t以下的試件,故粗略計算其能源消耗僅為熱時效的3%~5%,成本僅為熱時效的8%~10%。

5振動時效可避免金屬試件在熱時效過程中產生氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。

而我們說的超聲波去應力,一般也成為超聲沖擊。華云類似的產品是豪克能焊接應力消除設備。因為這種超聲波去應力方式,和振動時效最大的區別,主要是振動時效用于工件整體,而超聲波應力消除設備主要針對工件的局部區域,多半是應用在工件的焊接區域。這是由超聲沖擊設備本身特點決定的。

超聲沖擊設備利用沖擊頭以每秒約2萬次的頻率,利用大功率能量沖擊金屬表面(豪克能焊接應力消除設備做到了更高的頻率,更大更穩定的能量輸出,所以效果也比普通超聲沖擊設備要好得多)。
在高頻、高效和聚焦下的大能量使金屬表層產生較大的壓縮塑性變形;同時超聲沖擊改變了原有的應力場,產生有益的壓應力;高能量沖擊下金屬外表溫度極速升高又迅速冷卻,使作用區表層金屬組織發生變化,沖擊部位得以強化。

洛陽某重工廠采用豪克能焊接應力消除設備,對罐體埋弧焊,分層處理,消除應力,效果非常好。

超聲波去應力效果及應用場合

(1〕在使用超聲波進行沖擊處理消除剩余應力時,不同沖擊電流和沖擊時間下的接頭焊接剩余應力消除效果不同,有實驗說明當超聲沖擊時間一定時,提高沖擊電流值可以提高剩余應力消除率,但當沖擊電流值一定時,提高沖擊時間對消除率并沒有明顯影響。且針對不同位置、不同大小的焊縫,需要選用的沖擊工具也不同。

(2〕單面焊雙面成型試件的疲勞壽命試驗結果那么說明超聲波沖擊強化無法實現,主要原因是單面焊雙面成形焊道反面余高控制難度大、成型差,并且易在根部出現熔合不良等缺陷,應力集中現象對疲勞壽命的降低掩蓋了超聲波沖擊處理對疲勞壽命的改善;但當銑削加工去除了單面焊雙面成形反面余高及熔合不良的影響,超聲沖擊處理后,焊接接頭的疲勞性能又有了明顯提高。同理,坡口間隙小而深的雙面K型焊縫存在類似的問題,K型焊縫單面焊接后,會在另一面形成非常不容易清理的流掛、焊脊〔由于K型坡口角度小、間隙小,空間受限),這些容易在K型焊縫根部位置造成未熔合缺陷。

(3〕超聲波去應力工藝可在礦山機械這種超長壽命的服役要求及惡劣的作業工況中使用。超聲波沖擊處理焊縫可應用在承受較大工作應力的外露對接焊縫,以及應力狀態較為復雜的交叉焊縫接頭部位、圓弧及折彎成型部位焊縫,內部焊縫根據作業空間情況,主要處理交叉接頭部位,其余部位不做處理〔例如長直角焊縫)。超大型結構件如果具備雙面處理條件,原那么上同一焊縫內外雙面均須處理。

超聲波沖擊需對每條焊縫進行處理,看似較為繁瑣。但對于大型重要的結構件,其處理的意義是巨大的。尤其針對大型結構件,使用超聲波沖擊這種特殊設備對焊縫處理,對防止后續的失效、提高結構件的疲勞強度有很好的經濟效益,再者對于后續大型結構件的修復來說,使用超聲波沖擊處理能夠很好的去處局部焊接修復應力,研究說明超聲沖擊可使鋼制焊接接頭疲勞強度提高60-180%,壽命延長10-135倍;使鋁、鈦有色金屬焊接接頭疲勞強度提高了26-48%,壽命延長了5-45倍,有效改善了焊接接頭及結構的疲勞性能。

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