專利名稱：一種減少超聲沖擊試件表面缺陷的預(yù)處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案屬于超聲沖擊工藝技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，涉及通過沖擊前進(jìn)行表面預(yù)處理的方式進(jìn)一步提高超聲沖擊在改善焊接接頭疲勞性能效果的技術(shù)方案。
背景技術(shù)：
超聲沖擊是一種較為理想的改善焊接接頭疲勞性能的方法，它輕巧靈便、高效率而且可以應(yīng)用于多種接頭形式。目前關(guān)于超聲沖擊不同沖擊工藝的研究有很多，但在執(zhí)行沖擊時(shí)并未對待沖擊試件的表面進(jìn)行任何處理，沖擊后得到的表面狀況十分粗糙，存在很多裂紋、高低不平等表面缺陷。本工藝發(fā)明的主要應(yīng)用就是解決超聲沖擊過程造成的表面缺陷問題。由于超聲沖擊能夠產(chǎn)生非常大的表面壓力，如果表面有一些油污、氧化皮、殘?jiān)?，它們在沖擊的強(qiáng)作用力下會(huì)被沖進(jìn)試件里，從而形成形狀復(fù)雜的表面缺陷，而且沖擊造成的表面凹凸不平的形貌在一定直徑?jīng)_擊針的作用下會(huì)使得表面質(zhì)量降低、粗糙度變大。 這些缺陷和尖銳會(huì)成為應(yīng)力集中的部位，成為起裂的根源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過進(jìn)行表面處理，去除表面的油污并打磨掉試件表面的殘?jiān)图怃J部分,從而達(dá)到較高的表面質(zhì)量。改善超聲沖擊處理試件的表面狀況，降低表面尖銳度，減少裂紋起裂源。通過對比兩組進(jìn)行和未進(jìn)行表面處理的超聲沖擊疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析沖擊前試件表面處理在提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的作用。本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種減少超聲沖擊試件表面缺陷的預(yù)處理工藝，按照下述步驟進(jìn)行首先使用砂輪或電鋸等打磨設(shè)備以200r/min的轉(zhuǎn)速對工件的待沖擊表面進(jìn)行打磨處理，將試件表面的氧化層、凸起等打磨掉，同時(shí)應(yīng)保證時(shí)間的平面度，以便獲得平整光滑的待沖擊表面；然后使用1000號砂紙進(jìn)行精細(xì)打磨，打磨的過程中將上一步得到的加工痕跡打磨掉；最后在打磨完畢后使用無水乙醇對待沖擊表面進(jìn)行清洗。在經(jīng)過表面預(yù)處理工藝處理后，再通過超聲沖擊設(shè)備對試件進(jìn)行超聲沖擊處理。本發(fā)明的技術(shù)方案解決了超聲沖擊方法在試件表面產(chǎn)生缺陷的問題，通過有效清除試件表面氧化皮、減少?zèng)_擊硬化層的異物進(jìn)入和試件的表面裂紋、降低試件表面粗糙度避免超聲沖擊過程產(chǎn)生的表面缺陷從而有效提高試件的疲勞強(qiáng)度。表面預(yù)處理的內(nèi)容包括兩個(gè)步驟去油去污和機(jī)械打磨。表面預(yù)處理的主要目的就是盡量提高超聲沖擊處理的表面質(zhì)量，減少表面缺陷，從而減少裂紋源。超聲沖擊通過改善焊接接頭幾何外形和制造殘余壓縮應(yīng)力來達(dá)到改善焊接接頭疲勞強(qiáng)度的目的。


圖I本發(fā)明使用的疲勞試件的形狀圖，其中尺寸A為120，B為300;C為30;D為40; E為60;半徑F為100,單位mm
圖2本發(fā)明實(shí)施例中用最小二乘法以疲勞循環(huán)周次擬合成雙log S-N曲線，其中■為焊態(tài)疲勞試驗(yàn)結(jié)果， 為僅僅進(jìn)行超聲沖擊的疲勞試驗(yàn)結(jié)果，▲為經(jīng)過表面處理和超聲沖擊的疲勞試驗(yàn)結(jié)果
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。通過對比三組試件的疲勞試驗(yàn)結(jié)果來分析本發(fā)明工藝的具體實(shí)施步驟和優(yōu)越性(A) 8個(gè)原始焊態(tài)試件，不進(jìn)行表面處理和超聲沖擊處理；(B)S個(gè)試件在原始狀態(tài)下不進(jìn)行表面處理，直接進(jìn)行超聲沖擊；(C)S個(gè)試件先進(jìn)行上表面處理，隨后進(jìn)行與A (B)組相同工藝的超聲沖擊處理。試驗(yàn)所用材料是Q345鋼,疲勞試件的尺寸如圖I所示。具體實(shí)施工藝包括以下幾個(gè)步驟
第一，表面清理工藝。將技術(shù)方案中提到表面預(yù)處理工藝僅應(yīng)用于C組試件，首先使用砂輪或電鋸等打磨設(shè)備以200r/min的轉(zhuǎn)速對工件的待沖擊表面進(jìn)行打磨處理，將試件表面的氧化層、凸起等打磨掉，同時(shí)應(yīng)保證時(shí)間的平面度，以便獲得平整光滑的待沖擊表面；然后使用1000號砂紙進(jìn)行精細(xì)打磨，打磨的過程中將上一步得到的加工痕跡打磨掉；最后在打磨完畢后使用無水乙醇對待沖擊表面進(jìn)行清洗。第二，超聲沖擊處理工藝。使用天津天東恒科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的HJ-III型超聲沖擊機(jī)。超聲沖擊槍對準(zhǔn)試件焊趾部位沖擊，沖擊頭的沖擊針陣列沿焊縫方向排列，沖擊過程中對沖擊槍略施加ION的壓力，激勵(lì)電流為I. 5A，沖擊針的振幅為20 μ m。為了獲得較好的改善疲勞強(qiáng)度的效果以O(shè). 5m/min的處理速度來回4次沖擊。沖擊處理過程中沖擊槍在垂直于焊縫的方向做15°的擺動(dòng)，以便使焊趾部位獲得更好的光滑過渡外形。此工藝須應(yīng)用于B組和C組試件。第三，疲勞試驗(yàn)。對A、B、C三組試件在長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司制造的GPS300型高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)靜載精度為滿量程±0. 2%，動(dòng)載振幅波動(dòng)度滿量程為±2%，試驗(yàn)載荷類型為拉伸載荷，應(yīng)力比R=O. I。將三組疲勞試件的疲勞試驗(yàn)結(jié)果分別以疲勞循環(huán)周次(N)的對數(shù)為橫坐標(biāo)，以應(yīng)力幅(S)的對數(shù)為縱坐標(biāo)，使用最小二乘法擬合成線性S-N曲線，對比三組試件在2X IO6周次下的疲勞強(qiáng)度和數(shù)據(jù)分散性。使用英國Taylor Hobson生產(chǎn)的Form Talysurfil20型粗糙度輪廓儀對A、B、C三組試件進(jìn)行表面粗糙度測量，每個(gè)試件取三條長IOOmm的直線進(jìn)行測量，然后求得輪廓算數(shù)平均偏差Ra的平均值，A組試件Ra為I. 5940 μ m，B組試件Ra為2. 0409 μ m，C組試件Ra為I. 0105 μ m?？梢姡?jīng)過表面預(yù)處理工藝能夠明顯改善試件的表面狀況，降低表面粗糙度。疲勞試驗(yàn)的結(jié)果S-N曲線如圖2所示。圖2中，在2X IO6循環(huán)周次下，焊態(tài)試件的疲勞強(qiáng)度是216MPa ;未經(jīng)表面處理的超聲沖擊試件的為302MPa，相比焊態(tài)提高了 40% ;進(jìn)行表面處理的超聲沖擊試件的為355MPa，相比焊態(tài)提高了 64%，相對于未經(jīng)表面處理的試件提高了18%。并且，經(jīng)過表面處理之后，疲勞數(shù)據(jù)的分散性大大降低，即減少了一些偶然性較大的數(shù)據(jù)，故而本工藝發(fā)明在提高超聲沖擊試件焊接接頭疲勞強(qiáng)度、提高疲勞數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度上有顯著的效果。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
1.一種減少超聲沖擊試件表面缺陷的預(yù)處理工藝，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行首先使用砂輪或電鋸等打磨設(shè)備以200r/min的轉(zhuǎn)速對工件的待沖擊表面進(jìn)行打磨處理，將試件表面的氧化層、凸起等打磨掉，同時(shí)應(yīng)保證時(shí)間的平面度，以便獲得平整光滑的待沖擊表面；然后使用1000號砂紙進(jìn)行精細(xì)打磨，打磨的過程中將上一步得到的加工痕跡打磨掉；最后在打磨完畢后使用無水乙醇對待沖擊表面進(jìn)行清洗。
2.如權(quán)利要求I所述的預(yù)處理工藝在超聲沖擊中的應(yīng)用，其特征在于，在進(jìn)行試樣的超聲沖擊處理之前，對試樣表面進(jìn)行預(yù)處理，以提高超聲沖擊處理的表面質(zhì)量，減少表面缺陷，從而減少裂紋源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)處理工藝在超聲沖擊中的應(yīng)用，其特征在于，所述預(yù)處理工藝為首先使用砂輪或電鋸等打磨設(shè)備以200r/min的轉(zhuǎn)速對工件的待沖擊表面進(jìn)行打磨處理，將試件表面的氧化層、凸起等打磨掉，同時(shí)應(yīng)保證時(shí)間的平面度，以便獲得平整光滑的待沖擊表面；然后使用1000號砂紙進(jìn)行精細(xì)打磨，打磨的過程中將上一步得到的加工痕跡打磨掉；最后在打磨完畢后使用無水乙醇對待沖擊表面進(jìn)行清洗；所述試樣為Q345鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少超聲沖擊試件表面缺陷的預(yù)處理工藝，首先去油去污，然后進(jìn)行機(jī)械打磨。通過進(jìn)行表面處理，去除表面的油污并打磨掉試件表面的殘?jiān)图怃J部分，從而達(dá)到較高的表面質(zhì)量。改善超聲沖擊處理試件的表面狀況，降低表面尖銳度，減少裂紋起裂源。
文檔編號C21D10/00GK102965494SQ20121046079
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者鄧彩艷, 徐艷, 王東坡, 吳良晨, 王穎 申請人:天津大學(xué)