超声冲击设备及效果：残余应力基础理论与应用

超声冲击设备主要由两部分组成：功率超声波发生器和冲击机构，如图5-17所示。

图5-17　超声冲击设备实物图

大量实验表明，经过超声冲击处理的试件，其疲劳强度可以相当于或高于母材的疲劳强度。疲劳断裂将不在焊趾处发生，而发生在母材上，甚至有夹杂缺陷时也是如此。超声冲击法由于执行机构轻巧（一般便携机构只有几千克）、效率高（平均每分钟可以处理长度为半米的焊缝）、噪声小、使用灵活、应用时受限制少，因此其不但可以应用于焊接结构的制造过程中，而且可以应用于安装现场；不但可以处理低碳钢接头，也可以处理高强钢接头；不但可以处理平板对接接头，而且可以用于处理十字接头、管接头等。超声冲击处理的作用深度为10～12 mm，残余应力可从表面的拉应力转化为压应力，0.02～0.1 mm的白亮层可以增加耐磨性和耐腐蚀性。塑性变形层可提高疲劳性能，增加腐蚀疲劳强度。冲击松弛层可降低焊缝70%的应力，超声松弛层可降低焊缝50%的应力。超声冲击处理对焊缝及近缝区的焊接残余应力的降低有很大的好处，可由原始的残余拉应力转变为有利的残余压应力。冲击处理后，冲击表面区域的晶粒明显变小，在表层有一层晶粒压扁层，并且表面硬度增加，表面硬化层的厚度大约为0.12 mm。进行超声冲击处理，可有效地降低残余应力，这对提高结构的疲劳性能有很大的好处，并防止裂纹的产生。用处理焊趾的单针工具头对焊趾进行处理，可以得到良好的效果。按超声冲击处理过后不同深度层性能不同的特性，可以把材料分为四部分，如图5-18所示。(www.xing528.com)

图5-18　超声冲击后不同性能区域分布图［18］

超声冲击法主要应用于海洋工程、汽车、重型工程机械、机械零部件、飞机、桥梁、机车车辆、石油管线、化工机械设备等诸多领域。