一种基于高压水射流消除焊接残余应力的喷嘴系统的制作方法

一种基于高压水射流消除焊接残余应力的喷嘴系统，属于焊接技术领域。

背景技术：

金属材料在冷、热加工过程中不可避免的在材料内部产生残余应力。残余应力对结构的疲劳强度、应力腐蚀、屈服强度、使用寿命等方面均有较大的影响。焊接接头处往往出现残余应力集中的现象。针对这一现象国内外专家提出多种控制焊接残余应力的方法。其中对焊接接头区域施加持续有效的冲击载荷，例如利用锤击、水射流冲击等方式可以有效地降低焊接残余应力。

对于用高压水射流降低焊接残余应力来说，喷嘴的设计直接关系到焊接接头强化的效果。喷嘴的直径会对射流喷射效果产生极大的影响，喷嘴流道的样式也对能量转换以及对喷嘴自身的损耗影响很大。现有水射流强化装置中高压喷嘴系统存在能量转换率低、射流密度小、喷嘴结构易损坏、使用周期短的问题，在结构上难以满足消除焊接残余应力的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述不足，提供一种基于高压水射流消除焊接残余应力的喷嘴系统。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于高压水射流消除焊接残余应力的喷嘴系统，其特征在于：包括金属管、阀门、喷嘴体、宝石喷嘴、垫圈、旋转轴、喷管、进水口、出水口，所述喷嘴体安装于金属管下方；所述垫圈安装于金属管和喷嘴体之间，所述宝石喷嘴安装于喷嘴体内部的下方，由垫圈进行密封，所述宝石喷嘴底端与喷嘴体底端平齐。

优选的，所述金属管上设有阀门，通过调节阀门有效控制进入喷嘴系统的喷水量，避免了不断更换宝石喷嘴带来的麻烦。

优选的，所述宝石喷嘴入口为直径5mm的圆柱体，出口为直径3mm的圆柱体，收缩段与入口圆柱体及出口圆柱体均以半径为5mm的圆弧连接，所述宝石喷嘴由多晶金刚石、红宝石或蓝宝石组成。

优选的，所述旋转轴包括限位孔和观察孔，所述旋转轴与喷嘴体固定连接，所述喷管通过限位孔与旋转轴连接。

优选的，所述金属管和喷管由高硬度和高耐磨性的硬质合金材料制成，喷管内径与宝石喷嘴扩张段最大内径相同。

优选的，所述喷嘴系统一端设有进水口,另一端设有出水口。

优选的，所述金属管、喷嘴体、宝石喷嘴、垫圈、喷管五个零件内孔的轴向中心线相同。

优选的，所述喷管在纵向方向和横向方向均为镜像对称。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

高压喷嘴系统由金属管、阀门、喷嘴体、宝石喷嘴、垫圈、旋转轴、喷管进水孔、出水孔组成，通过大量的模拟，设计宝石喷嘴入口为直径5mm的圆柱体，出口为直径3mm的圆柱体，收缩段与入口圆柱体及出口圆柱体均以半径为5mm的圆弧连接，可在不损坏焊接接头的同时最大程度的降低焊接接头内的残余应力，提高了能量转换率、使用寿命和射流密集度。

金属管上设有阀门，通过调节阀门有效控制进入喷嘴系统的喷水量，避免了不断更换宝石喷嘴带来的麻烦。

宝石喷嘴与金属管接触处设有垫圈，垫圈起到密封防高压泄露的作用，同时分散高压水射流的压力，保护宝石喷嘴不受金属管的擦伤，减少宝石喷嘴的磨损，对宝石喷嘴起到良好的保护和固定作用。

宝石喷嘴下方设有旋转轴和喷管，喷管紧靠在宝石喷嘴的下表面，水流由金属管上方的进水孔进入喷嘴系统，并从喷管下方的出水孔喷出，喷管能够防止水射流形成分散的涡流，起到增大射流密集度和减少能量损耗的作用。

同时，喷管在纵向方向和横向方向均为镜像对称，这种对称结构允许喷管左右转动、上下调头，当喷管的一个表面磨损严重时，喷管只需要沿轴向转动180°，那么之前的喷管上表面就可以当作下表面使用，这种设计的喷管结构使用寿命延长为原来的两倍。

附图说明

图1为本实用新型中高压喷嘴系统的结构示意图。

图2为本实用新型中宝石喷嘴的剖视图。

图3为本实用新型中旋转轴的剖视图。

图4为本实用新型中喷管的剖视图。

图中：1、金属管；2、阀门；3、喷嘴体；4、宝石喷嘴；5、垫圈；6、旋转盘；61、限位孔；62、观察孔；7、喷管；8、进水口；9、出水口。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-4所示，一种基于高压水射流消除焊接残余应力的喷嘴系统，其特征在于：包括金属管1、阀门2、喷嘴体3、宝石喷嘴4、垫圈5、旋转轴6、喷管7、进水口8、出水口9，所述喷嘴体3安装于金属管1下方；所述垫圈5安装于金属管1和喷嘴体3之间，所述宝石喷嘴4安装于喷嘴体3内部的下方，由垫圈5进行密封，所述宝石喷嘴4底端与喷嘴体3底端平齐。

在实际使用过程中，水流在压力作用下按图1箭头方向流动，进入金属管1的圆柱段，通过调节阀门2,对水流流量大小进行调节，有效达到控制喷嘴系统水流量的大小的目的，避免了更换宝石喷嘴4带来的麻烦。

水流在经过金属管1收缩段加速后进入宝石喷嘴4，宝石喷嘴4与金属管1接触处设有垫圈5，垫圈5起到密封防高压泄露的作用，同时分散高压水射流的压力，保护宝石喷嘴4不受金属管1的擦伤，减少宝石喷嘴4的磨损，对宝石喷嘴4起到良好的保护和固定作用。

通过大量的模拟，设计宝石喷嘴4入口为直径5mm的圆柱体，出口为直径3mm的圆柱体，收缩段与入口圆柱体及出口圆柱体均以半径为5mm的圆弧连接，可在不损坏焊接接头的同时最大程度的降低焊接接头内的残余应力，提高了能量转换率、使用寿命和射流密集度。

喷嘴系统工作时，由喷管7喷出的高压水射流对材料施加载荷,可以更好地对工件内部焊接残余应力进行松弛，可以达到降低焊接残余应力的效果。

宝石喷嘴4下方设有旋转轴6和喷管7，喷管7紧靠在宝石喷嘴4的下表面上，水流由金属管1上方的进水孔进入喷嘴系统，并从喷管7下方的出水孔喷出，喷管7能够防止水射流形成分散的涡流，起到增大射流密集度和减少能量损耗的作用。

同时，喷管7在纵向方向和横向方向均为镜像对称，这种对称结构允许喷管7左右转动、上下调头，当喷管7与旋转轴6接触的上表面磨损严重时，喷管7只需要沿轴向转动180°，那么之前的喷管7下表面就可以当作上表面使用，这种设计的喷管7结构使用寿命延长为原来的两倍。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。