专利名称：一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接设备类，尤其涉及焊接接头疲劳性能处理的装置。
背景技术：
金属加工过程中，金属焊接是加工过程中常用的一种加工工艺。金属材料按形状、尺寸经焊接后，由于焊趾的应力集中及残余拉伸应力等因素的作用，通常焊接接头的疲劳性能远低于基本金属，焊接疲劳裂纹常起裂于接头焊趾处，由此导致如海洋采油平台、桥梁、机车车辆、船舶、飞机等大型焊接结构件事故时常发生，给人们的人身安全、工作、旅行、生活、财产等方面带来一些严重的损失和影响。因此，改善焊接接头的疲劳强度成了人们长期要解决的难题。通常人们常常采用锤击法、熔修法、喷丸法等来提高焊接接头及结构的疲劳性能，但其效率、效果及适用范围等方面都存在不少缺点和问题。近来人们采用磁致伸缩式超声冲击装置来对焊趾进行处理，以提高焊接接头的疲劳强度、延长其使用寿命。但由于磁致伸缩式超声冲击装置的损耗较大，效率只能达到30％左右；操作时易于发热，需用水、油等液体进行冷却等；且产品造价很高，体积和重量也较大，操作不方便，因而不利于在各种工作场所中推广、使用和操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，以解决上述难题。
本发明的目的这样实现的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，由超声波功率发生器、压电振动器、变幅杆、外壳构成。本发明将超声波功率发生器设置在箱体内，其一端与单相电源接线端连接，另一端由电缆连至压电式超声冲击枪。压电振动器与变幅杆由连接体连接后置于压电式超声冲击枪的外壳内。外壳与变幅杆的一端设置有盖体。盖体的另一端面置有冲击头，冲击头的端部设置有3只以上的冲击针孔，冲击针孔内置有冲击针。
由于本发明采用了以上的技术方案，在实际现场工作中，直接使用本发明的产品对焊接接头进行超声冲击，可显著提高焊趾的疲劳性能；并具有耗能少，输出功率大的特点。经实际操作与对比，本发明与同类磁致伸缩式超声冲击装置相比，在相同的工作频率下，超声冲击枪的体积减少300～600％，重量减轻40～100％，效率提高200～300％，焊接接头及结构的疲劳强度提高20～200％，疲劳寿命延长3～400倍。并具有在操作中不需要水等液体冷却，方便手持操作等特点，因而有着极好的实用价值和经济效益。
图1是本发明的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置的示意图。
图2是本发明的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置中的压电式超声冲击枪的结构示意图。
图中；1、箱体 1-1、单相进线端1-2、输出端 2、超声波发生器3、电缆 4、压电超声冲击枪 4-1、螺钉4-2、连接体4-3、外壳5、压电振动器 5-1压电陶瓷片5-2、连接体6、变幅杆6-1、凸出台阶 7、挡圈 8、弹性件9、盖体 10、冲击头 10-1、螺钉 11、冲击针12、进线端 13、把手 13-1、可调把手 14、长条形端面15、弧形曲面实施方式以下结合附图对本发明的实施作如下说明
在图1中，箱体1可设置为卧式或立式，一般小型场所或流动工地以前者为好。箱体1上可制有把手及轮盘。箱体1上一端设置有220V单相进线端1-1，采用单相电源进线，其与三相电源线相比使用场所更多、更灵活，更便于在小型室内场所或野外作业工地使用。箱体1内设置有数层格架，分别置有超声波发生器2中的可控整流器、逆变器、控制电路、匹配输出电路等并由导线顺序连接。箱体1上还设置有输出端1-2。电缆3分别与输出端1-2及压电超声冲动枪4的进线端12连接。其可采用普通电源线，也可采用同轴电缆，一般以后者为好。
在图2中，压电超声冲动枪4的外壳4-3可制成筒体形或其它形状。外壳4-3上制有把手13。为双手操作方便，可在外壳4-3的前端设置有调节方向的可调把手13-1。把手13的下端设有电源进线端12，电源进线端12处有导线连至压电振动器5。把手13处可设置有控制开关，便于操作时直接进行控制。
压电振动器5与变幅杆6相结合面设有螺纹孔，由螺纹式连接体5-2连接后置于压电超声冲动枪4的外壳4-3内；外壳4-3上并有螺钉5-1紧固压电振动器5。压电振动器5可采用效率较高的多片压电陶瓷5-1，经紧固组合后构成陶瓷式压电振动器。
变幅杆6的后端部设置为圆柱形，其直径可为40～80毫米。变幅杆6的另一端设置为长条形端面14，长条形端面14的长度视所配冲击针11的数量、直径而定，当为4～6针时，约为20～30毫米、厚度约5～8毫米。变幅杆6的圆柱形与长条形端面14之间的构造可设置为相互吻合的曲线形，以便于降低变幅杆6的振动阻抗和提高振动稳定性。变幅杆6的前端部长条形两侧面设置为曲弧形15，一方面利于和圆柱形直径曲线吻合，防止变幅杆6的杆身在此处断裂；另一方面，易于声学振动，且振幅更加稳定，冲击能力会显著增加，超声冲击处理效果更好。为经济节约、易制造等方面的需要，变幅杆6可采用普通工具钢或钛合金钢制成，经热处理后，硬度达到HRC50～65为好。
变幅杆6上设置有凸出台阶6-1，凸出台阶6一1的一侧或二侧面设置有弹性件8与挡圈7并置于外壳4-3内，可起到显著的减震和隔声作用。弹性件8可采用橡胶圈，挡圈7可采用普通金属材料如铝合金制成。
压电超声冲击枪4的外壳4-3与变幅杆6的一端设置有盖体9。盖体9可设置为圆形，也可设为下圆上方形；当为前者及后者时，盖体9与压电超声冲击枪16的外壳4-3可采用连接体4-2的螺纹式连接。盖体9的另一端面设置有冲击头10。冲击头10可设置为圆形或方形；当为前者时，冲击头10与盖体9可直接采用螺纹式连接体紧固连接；当为后者时，冲击头10与盖体9可在方形边缘上制有连接孔采用螺钉10-1紧固连接。冲击头10的另一端可设置为长条形端面14，其上制有3只以上的(如4只、5只、6只、8只、……)冲击针孔；冲击针孔可一字形排列，也可双排并列、或其它排列形。冲击针孔内置有冲击针11。冲击针11是实施对焊接接头进行冲击处理的工作部件，其外端面应设为圆弧状为好；其置于盖体9内的一侧应设置为大于杆径的锥度端，以保证冲击针装入及冲击工作时不掉出。
冲击头10上设置的冲击针孔其里端面设置有和冲击针11的锥度端相配的锥度或倒角，以保证冲击针装入及冲击处理过程中往返通畅不咬合。
本发明在实际工作中，当由电源接线端1-1通入单相电源后，压电振动器产生超声波振动，经变幅杆6将振动幅度放大，得到一频率为16～30KHZ、输出端振幅为15～50微米左右的超声冲击波，推动冲击针11对金属工件焊接部位的焊趾进行冲击处理。实践表明，经本发明施以超声冲击后，可显著改善和提高焊接接头的疲劳强度达20～200％，机电转换效率比磁致伸式超声冲击装置提高200～300％，因而在实际工作中可得到极好的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，由超声波功率发生器、压电振动器、变幅杆、外壳构成，其特征在于，超声波功率发生器设置在箱体内，其一端与单相电源接线端连接，另一端由电缆连至压电式超声冲击枪；压电振动器与变幅杆由连接体连接后置于压电式超声冲击枪的外壳内；外壳与变幅杆的一端设置有盖体，盖体的另一端面置有冲击头；冲击头的端部设置有3只以上的冲击针孔，冲击针孔内置有冲击针。
2.根据权利要求1所述的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，其特征在于，外壳内设置的压电振动器由多片压电陶瓷组合构成。
3.据权利要求1所述的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，其特征在于，变幅杆上设置有凸出台阶。
4.根据权利要求1所述的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，其特征在于，变幅杆上凸出台阶的侧面设置有弹性件与挡圈并置于外壳内。
5.根据权利要求1所述的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，其特征在于，冲击头的外端部设置为长条形，长条形端面上设置有4～8只冲击针孔。
6.根据权利要求1所述的一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置，其特征在于，外壳上设置有手握式把手。
全文摘要
本发明公开了一种提高焊接接头疲劳性能的压电式超声冲击装置,由超声波功率发生器、压电振动器、变幅杆、外壳构成。本发明将超声波功率发生器设置在箱体内,其一端与单相电源接线端连接,另一端由电缆连至压电式超声冲击枪。压电振动器与变幅杆由连接体连接后置于压电式超声冲击枪的外壳内。外壳与变幅杆的一端设置有盖体。盖体的另一端面置有冲击头,冲击头的端部设置有3只以上的冲击针孔,冲击针孔内置有冲击针。外壳上设置有手握式把手。本发明与同类磁致伸缩式超声冲击装置相比,体积减少300～600%,重量减轻40～100%,效率提高200～300%,焊接接头及结构的疲劳强度提高20～200%,疲劳寿命延长3～400倍。并不需要水等液体冷却,方便手持操作等特点。
文档编号B23K5/00GK1359778SQ0210003
公开日2002年7月24日 申请日期2002年1月9日 优先权日2002年1月9日
发明者霍立兴, 王东坡, 张玉凤, 荆洪阳, 杨新岐 申请人:天津大学