高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)及方法，屬于焊接技術領域。
【背景技術】
[0002]金屬材料在冷、熱加工過程中不可避免的在材料內部產生殘余應力。殘余應力對結構的疲勞強度、應力腐蝕、屈服強度、使用壽命等方面均有較大的影響。焊接接頭處往往出現(xiàn)殘余應力集中的現(xiàn)象。針對這一現(xiàn)象國內外專家提出多種控制焊接殘余應力的方法。其中對焊縫區(qū)域施加交變循環(huán)載荷可以更加有效地降低焊接殘余應力。以往利用高壓水射流技術消除焊接殘余應力使用的方法為水射流垂直作用在工件表面，并使用極高的工作壓力對工件的焊接殘余應力進行消除，這在實際應用中極為困難，同時僅對焊縫區(qū)域施加向下的沖擊載荷對殘余應力的消除效果不夠明顯。
[0003]目前應用于高壓水射流強化技術對金屬材料進行強化的水射流設備中噴嘴設計的噴射角度均為單一方向，想要實現(xiàn)噴射角度的改變需要借助數(shù)控機械臂或者大范圍對工作臺進行改動。而以上方法不僅結構復雜、制造成本高，同時操作復雜不利于實際的加工過程。目前市面上應用廣泛的角度可變水射流噴嘴為球形噴嘴，但是這種噴嘴只能用于清洗、噴淋、滅塵等相關行業(yè)中的低壓應用。因此結構上無法滿足消除殘余應力所需的高壓水射流環(huán)境。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單、工作效率高，對材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對工件內部焊接殘余應力進行松弛的高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)及方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:該高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個平行設置的噴射臂，每個噴射臂的下側間隔設有多個噴嘴，兩個噴射臂上的噴嘴交錯設置，一個噴射臂上的噴嘴向另一噴射臂一側傾斜設置，噴射臂的一端還連接有用于連接供水管路的芯軸，芯軸與噴射臂轉動連接。噴射臂工件行走后，兩個噴射臂上交錯的噴嘴噴出的水射流對材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對工件內部焊接殘余應力進行松弛，不需要交替變換水射流的壓力，而且多個噴嘴能夠施加連續(xù)的交變拉壓循環(huán)載荷，不需要往復行走，顯著提高了工作效率。
[0006]優(yōu)選的，兩個噴射臂通過角度調整機構連接。
[0007]優(yōu)選的，所述角度調整機構包括連接桿、定位螺栓和定位螺母，兩個連接桿的一端分別與噴射臂固定連接，連接桿的另一端開設有條形長孔，定位螺栓穿過兩個連接桿的條形長孔與定位螺栓連接。
[0008]優(yōu)選的，所述芯軸的一端套在噴射臂內側，芯軸與噴射臂之間設有多層O型密封圈，0型密封圈的兩側設有液壓密封擋圈。
[0009]優(yōu)選的，所述噴射臂通過旋轉套筒轉動套在芯軸的外側，O型密封圈和液壓密封擋圈均套在芯軸與旋轉套筒之間，旋轉套筒與芯軸之間設有彈性密封裝置，彈性密封裝置推動旋轉套筒軸向伸縮。
[0010]優(yōu)選的，所述彈性密封裝置包括壓蓋和密封彈簧，旋轉套筒后端與噴射臂固定連接，芯軸從旋轉套筒前端開口處伸入旋轉套筒內，壓蓋固定在旋轉套筒的前端開口處，旋轉套筒外側的芯軸直徑小于旋轉套筒內側的芯軸直徑并形成肩部，密封彈簧軸向設置在壓蓋與肩部之間。利用壓蓋固定密封彈簧，結構簡單，安裝方便，密封彈簧能夠有效的吸收壓力變化所產生的沖擊，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
[0011]優(yōu)選的，在所述密封彈簧與肩部之間設有一推力軸承，旋轉套筒上開設有給推力軸承加注潤滑油的注油孔;推力軸承與O型密封圈之間的芯軸上還套設有抗灰塵擋圈。
[0012]優(yōu)選的，所述噴嘴的入口處的內徑大于出口處的內徑，過渡段為流線型的喇叭狀。
[0013]—種消除材料內部殘余應力的方法，其特征在于:包括以下步驟:
將上述的噴嘴系統(tǒng)設置在工件表面上方，兩個噴射臂設置在焊縫的兩側；
噴嘴與工件的垂直距離為50-100mm，噴嘴所噴出的水射流與工件表面呈30-60°角；
沿焊縫長度方向，噴嘴系統(tǒng)以0.1-0.3m/s的速度移動，兩個噴射臂上交錯的噴嘴噴出的水射流在焊縫區(qū)域形成交變循環(huán)載荷。
[0014]優(yōu)選的，一個噴射臂接入壓力為250_300MPa的高壓水，另一個噴射臂接入壓力為300-350MPa的高壓水。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:
1、噴射臂工件行走后，兩個噴射臂上交錯的噴嘴噴出的水射流對材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對工件內部焊接殘余應力進行松弛，不需要交替變換水射流的壓力，而且多個噴嘴能夠施加連續(xù)的交變拉壓循環(huán)載荷，不需要往復行走，顯著提高了工作效率。
[0016]2、通過角度調整機構可以調整兩個噴射臂的角度，根據(jù)不同材料的循環(huán)應變特性，選擇合適的角度，能夠適應各種材料，使用范圍廣。
[0017]3、在該高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)工作和非工作兩種狀態(tài)下，O型密封圈所承受的壓力相差非常大，而且芯軸中的水射流根據(jù)不同的材料選擇不同的壓力，一定時間后O型密封圈就會產生疲勞，而且壓力變化后旋轉套筒和噴射臂要承受較大的沖擊，彈性密封裝置可以軸向伸縮，適應壓力變化對O型密封圈以及旋轉套筒和噴射臂的沖擊，有效的提高了使用壽命。
[0018]4、噴嘴的過渡段為流線型的喇叭狀，這種噴嘴與其他傳統(tǒng)形式的噴嘴相比可以有效地降低射流能量在噴嘴過渡段的能量損耗，使得射流具有更大的壓力值與速度，提高加工效果。
[0019]5、兩個噴射臂上的噴嘴噴出的水射流存在壓力差，形成壓力差更大的交變循環(huán)載荷，效果更好。
【附圖說明】
[0020]圖1為該高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)的結構示意圖。
[0021]圖2為圖1中A處的局部放大圖。
[0022]圖3為旋轉套筒與芯軸的軸向剖視圖。
[0023]圖4為圖3中B處的局部放大圖。
[0024]圖5為消除材料內部殘余應力的方法的示意圖。
[0025]其中:1、芯軸2、旋轉套筒3、噴射臂4、噴嘴401、過渡段5、連接桿6、條形長孔7、定位螺栓8、定位螺母9、壓蓋10、密封彈簧11、推力軸承12、注油孔13、擋塊14、向心軸承15、抗灰塵擋圈16、0型密封圈17、液壓密封擋圈。
【具體實施方式】
[0026]圖1?5是該高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)的最佳實施例，下面結合附圖1?5對本發(fā)明做進一步說明。
[0027]參照圖1，該高壓水射流消除材料內部殘余應力噴嘴系統(tǒng)，包括兩個平行設置的噴射臂3，每個噴射臂3的下側間隔設有多個噴嘴4，兩個噴射臂3上的噴嘴4交錯設置，一個噴射臂3上的噴嘴4向另一噴射臂3—側傾斜設置，噴射臂3的一端還連接有用于連接供水管路的芯軸I，芯軸I與噴射臂3轉動連接。噴射臂3工件行走后，兩個噴射臂3上交錯的噴嘴4噴出的水射流對材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對工件內部焊接殘余應力進行松弛，不需要交替變換水射流的壓力，而且多個噴嘴4能夠施加連續(xù)的交變拉壓循環(huán)載荷，不需要往復行走，顯著提高了工作效率。噴射臂3上的噴嘴4內徑沿噴射臂3入水口一端至另一端逐漸縮小，可以保證各個噴嘴4所噴出的水射流的壓力是相同的。
[0028]下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，然而熟悉本領域的人們應當了解，在這里結合附圖給出的詳細說明是為了更好的解釋，本發(fā)明的結構必然超出了有限的這些實施例，而對于一些等同替換方案或常見手段，本文不再做詳細敘述，但仍屬于本申請的保護范圍。
[0029]參照圖2，兩個噴射臂3通過角度調整機構連接，通過角度調整機構可以調整兩個噴射臂3的角度，根據(jù)不同材料的循環(huán)應變特性，選擇合適的角度，能夠適應各種材料，使用范圍廣。具體的，本實施例中的角度調整機構包括連接桿5、定位螺栓7和定位螺母8，兩個連接桿5的一端分別與噴射臂3固定連接，連接桿5的另一端開設有條形長孔6，定位螺栓7穿過兩個連接桿5的條形長孔6與定位螺栓7連接。變換噴射角度時，先松開緊固定位螺母8使得定位螺栓7可以自由的在條形開口中滑動，轉動兩側噴射臂3使噴射角度改變至理想位置。控制定