CN102965494A - 一种减少超声冲击试件表面缺陷的预处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少超声冲击试件表面缺陷的预处理工艺，首先去油去污，然后进行机械打磨。通过进行表面处理，去除表面的油污并打磨掉试件表面的残渣和尖锐部分，从而达到较高的表面质量。改善超声冲击处理试件的表面状况，降低表面尖锐度，减少裂纹起裂源。
Description
技术领域
本发明的技术方案属于超声冲击工艺技术领域，更加具体地说，涉及通过冲击前进行表面预处理的方式进一步提高超声冲击在改善焊接接头疲劳性能效果的技术方案。
背景技术
超声冲击是一种较为理想的改善焊接接头疲劳性能的方法，它轻巧灵便、高效率而且可以应用于多种接头形式。目前关于超声冲击不同冲击工艺的研究有很多，但在执行冲击时并未对待冲击试件的表面进行任何处理，冲击后得到的表面状况十分粗糙，存在很多裂纹、高低不平等表面缺陷。本工艺发明的主要应用就是解决超声冲击过程造成的表面缺陷问题。由于超声冲击能够产生非常大的表面压力，如果表面有一些油污、氧化皮、残渣等，它们在冲击的强作用力下会被冲进试件里，从而形成形状复杂的表面缺陷，而且冲击造成的表面凹凸不平的形貌在一定直径冲击针的作用下会使得表面质量降低、粗糙度变大。这些缺陷和尖锐会成为应力集中的部位，成为起裂的根源。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过进行表面处理，去除表面的油污并打磨掉试件表面的残渣和尖锐部分，从而达到较高的表面质量。改善超声冲击处理试件的表面状况，降低表面尖锐度，减少裂纹起裂源。通过对比两组进行和未进行表面处理的超声冲击疲劳试验结果分析冲击前试件表面处理在提高焊接接头疲劳强度的作用。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种减少超声冲击试件表面缺陷的预处理工艺，按照下述步骤进行：首先使用砂轮或电锯等打磨设备以200r/min的转速对工件的待冲击表面进行打磨处理，将试件表面的氧化层、凸起等打磨掉，同时应保证时间的平面度，以便获得平整光滑的待冲击表面；然后使用1000号砂纸进行精细打磨，打磨的过程中将上一步得到的加工痕迹打磨掉；最后在打磨完毕后使用无水乙醇对待冲击表面进行清洗。
在经过表面预处理工艺处理后，再通过超声冲击设备对试件进行超声冲击处理。
本发明的技术方案解决了超声冲击方法在试件表面产生缺陷的问题，通过有效清除试件表面氧化皮、减少冲击硬化层的异物进入和试件的表面裂纹、降低试件表面粗糙度避免超声冲击过程产生的表面缺陷从而有效提高试件的疲劳强度。表面预处理的内容包括两个步骤：去油去污和机械打磨。表面预处理的主要目的就是尽量提高超声冲击处理的表面质量，减少表面缺陷，从而减少裂纹源。超声冲击通过改善焊接接头几何外形和制造残余压缩应力来达到改善焊接接头疲劳强度的目的。
附图说明
图1本发明使用的疲劳试件的形状图，其中尺寸：A为120，B为300;C为30;D为40;E为60;半径F为100，单位mm
图2本发明实施例中用最小二乘法以疲劳循环周次拟合成双log S-N曲线，其中■为焊态疲劳试验结果，●为仅仅进行超声冲击的疲劳试验结果，▲为经过表面处理和超声冲击的疲劳试验结果
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。通过对比三组试件的疲劳试验结果来分析本发明工艺的具体实施步骤和优越性：(A)8个原始焊态试件，不进行表面处理和超声冲击处理；(B)8个试件在原始状态下不进行表面处理，直接进行超声冲击；(C)8个试件先进行上表面处理，随后进行与A（B）组相同工艺的超声冲击处理。试验所用材料是Q345钢，疲劳试件的尺寸如图1所示。具体实施工艺包括以下几个步骤：
第一，表面清理工艺。将技术方案中提到表面预处理工艺仅应用于C组试件，首先使用砂轮或电锯等打磨设备以200r/min的转速对工件的待冲击表面进行打磨处理，将试件表面的氧化层、凸起等打磨掉，同时应保证时间的平面度，以便获得平整光滑的待冲击表面；然后使用1000号砂纸进行精细打磨，打磨的过程中将上一步得到的加工痕迹打磨掉；最后在打磨完毕后使用无水乙醇对待冲击表面进行清洗。
第二，超声冲击处理工艺。使用天津天东恒科技发展有限公司生产的HJ-III型超声冲击机。超声冲击枪对准试件焊趾部位冲击，冲击头的冲击针阵列沿焊缝方向排列，冲击过程中对冲击枪略施加10N的压力，激励电流为1.5A，冲击针的振幅为20μm。为了获得较好的改善疲劳强度的效果以0.5m/min的处理速度来回4次冲击。冲击处理过程中冲击枪在垂直于焊缝的方向做15°的摆动，以便使焊趾部位获得更好的光滑过渡外形。此工艺须应用于B组和C组试件。
第三，疲劳试验。对A、B、C三组试件在长春机械科学研究院有限公司制造的GPS300型高频疲劳试验机上进行疲劳试验。试验机静载精度为满量程±0.2%，动载振幅波动度满量程为±2%，试验载荷类型为拉伸载荷，应力比R=0.1。
将三组疲劳试件的疲劳试验结果分别以疲劳循环周次（N）的对数为横坐标，以应力幅（S）的对数为纵坐标，使用最小二乘法拟合成线性S-N曲线，对比三组试件在2×106周次下的疲劳强度和数据分散性。
使用英国Taylor Hobson生产的Form Talysurfi120型粗糙度轮廓仪对A、B、C三组试件进行表面粗糙度测量，每个试件取三条长100mm的直线进行测量，然后求得轮廓算数平均偏差Ra的平均值，A组试件Ra为1.5940μm，B组试件Ra为2.0409μm，C组试件Ra为1.0105μm。可见，经过表面预处理工艺能够明显改善试件的表面状况，降低表面粗糙度。疲劳试验的结果S-N曲线如图2所示。图2中，在2×106循环周次下，焊态试件的疲劳强度是216MPa；未经表面处理的超声冲击试件的为302MPa，相比焊态提高了40%；进行表面处理的超声冲击试件的为355MPa，相比焊态提高了64%，相对于未经表面处理的试件提高了18%。并且，经过表面处理之后，疲劳数据的分散性大大降低，即减少了一些偶然性较大的数据，故而本工艺发明在提高超声冲击试件焊接接头疲劳强度、提高疲劳数据准确度上有显著的效果。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种减少超声冲击试件表面缺陷的预处理工艺，其特征在于，按照下述步骤进行：首先使用砂轮或电锯等打磨设备以200r/min的转速对工件的待冲击表面进行打磨处理，将试件表面的氧化层、凸起等打磨掉，同时应保证时间的平面度，以便获得平整光滑的待冲击表面；然后使用1000号砂纸进行精细打磨，打磨的过程中将上一步得到的加工痕迹打磨掉；最后在打磨完毕后使用无水乙醇对待冲击表面进行清洗。
2.如权利要求1所述的预处理工艺在超声冲击中的应用，其特征在于，在进行试样的超声冲击处理之前，对试样表面进行预处理，以提高超声冲击处理的表面质量，减少表面缺陷，从而减少裂纹源。
3.根据权利要求2所述的预处理工艺在超声冲击中的应用，其特征在于，所述预处理工艺为首先使用砂轮或电锯等打磨设备以200r/min的转速对工件的待冲击表面进行打磨处理，将试件表面的氧化层、凸起等打磨掉，同时应保证时间的平面度，以便获得平整光滑的待冲击表面；然后使用1000号砂纸进行精细打磨，打磨的过程中将上一步得到的加工痕迹打磨掉；最后在打磨完毕后使用无水乙醇对待冲击表面进行清洗；所述试样为Q345钢。
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