超声波消除焊接应力与热时效消除焊接应力对比试验

超声波消除焊接应力的原理

超声波消除焊接应力法（USR）的基本原理就是利用大功率超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面，由于超声波的高频、聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形；同时超声冲击改变了原有的应力场，产生一定数值的压应力；并使被冲击部位的残余应力得以消除。

所以超声波消除焊接应力法（USR）能够显著提高金属焊接接头及结构的疲劳强度,大幅度延长其疲劳寿命；消除残余拉应力，并使被冲击部位产生压应力，从而提高工件的承载能力；有效改善焊趾的几何形状，大大降低焊趾处的应力集中系数，其效果大大好于热时效；消除焊趾表层微小裂纹和焊接缺陷，*制裂纹提前萌生；强化金属*件表面，提高表面质量和使用寿命。

试验器材

试片材料为BT20钛合金板材，试片规格为300mm*150mm*1.5mm。

超声波消除焊接应力设备采用南京聚航科技的JH-q50超声波焊接应力消除设备，其主要有超声波发生器、控制装置和能量转化冲击枪组成。超声波发生器及控制装置用来选择冲击频率、冲击压力、冲击速度等参数。冲击枪传递超声波发生器产生的大功率能量转换为机械冲击动能并发射至金属焊接。

热处理设备为真空热处理炉，热处理温度为800℃，保温2H，空冷至室温。

数据分析及处理

经过超声波冲击处理和热处理消除应力处理后的试片所测量的焊缝位置残余应力平均值见表1，试片焊缝接头的平均机械性能见表2，焊缝断面金相组织见图1.

图1

由以上图表可以看出

1. 未经过热处理和超声波冲击处理的焊接状态试片，焊缝的残余应力*大，均为拉应力，纵向残余应力（σ_x垂直于焊缝方向）*大为接头强度值的50%，横向残余应力（σ_y平行于焊缝方向）较小，为接头强度的10%。

2. 经热处理消除应力的焊接试片，焊缝的纵向残余应力为接头强度的33%，横向残余应力为接头强度的14%。

3. 经超声波冲击处理的焊接试片，焊缝残余应力均得到消除，并且变成了应力。

4. 从试件焊缝的金相组织看出，经过超声波冲击处理和真空热处理获得的组织基本相同，组织均匀细化，不再有原来焊缝的粗大铸造枝晶组织。

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