一种焊道残余应力消除装置及方法与流程

本发明涉及焊接处理技术领域，具体涉及一种焊道残余应力消除装置及方法。

背景技术：

残余应力是指消除外力或不均匀的温度场作用后，仍留在物体中的内应力；特别是由焊接处理后产生不均匀塑性变形或相变的行为而引起；残余应力一般是有害的，严重影响到工件的疲劳强度、耐腐蚀性能以及工件的精度，使工件在使用过程中产生变形和开裂，进而降低了工件的使用寿命，因此对工件残余应力的消除，对于进一步完善工件制造工艺及保证工件的使用安全具有重大意义；关于焊接残余应力处理方法的的介绍，可参见：张铁浩等,残余应力检测与消除方法的研究现状及发展[j]，精密成形工程，2017.9(no.5).122-127。

目前在使用超声冲击消除焊接后焊道的残余应力过程中，通常由人工操作超声冲击枪对焊道进行超声冲击处理，在人工操作的过程中，超声冲击枪的冲击头与焊道的接触效果难以稳定维持，继而削弱了超声冲击枪对焊道残余应力的消除效果，难以保证超声冲击枪的工作效率。

现有技术中也出现了一些关于焊道残余应力消除装置及方法的技术方案，如申请号为2019106753479的一项中国专利公开了一种焊道残余应力消除装置及方法，包括磁力座、机械臂、超声冲击头；超声冲击头铰接安装在机械臂的第一端，机械臂的第二端铰接安装在磁力座上；所述方法包括如下步骤：a、将超声冲击头头部对准工件待修复部位；b、打开磁力座，使其吸附在工件附近；c、调整机械臂、超声冲击头转动至远离修复部位的位置；d、开启冷焊修复设备，对工件进行焊接修复；e、焊接修复完成后，使超声冲击头的头部对准工件的焊道表面，使超声冲击头对焊道施加压力，将机械臂、超声冲击头固定；f、开启超声冲击头，使其对焊道进行残余应力进行消除，重复上述步骤。该技术方案中的优点在于：劳动强度较小，冲击压力较为稳定，修复效果较好；但是该技术方案中超声冲击头对焊道的冲击压力难以维持在均衡的范围内，使得超声冲击对焊道残余应力的消除效果不够稳定。

鉴于此，为了克服上述技术问题，本公司设计研发了一种焊道残余应力消除装置及方法，采用了特殊的超声冲击装置及方法，解决了上述技术问题。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种焊道残余应力消除装置及方法，通过设置在冲击锤上的转向头，配合设置在转向头上的冲击头和调姿块，避免了在手持冲击设备消除焊道残余应力的过程中，握持的力度和角度变化使冲击头对焊道产生的冲击力不均衡，提升了焊道残余应力消除的效果。

本发明所述的一种焊道残余应力消除装置，包括枪柄、冲击锤、调姿块和冲击马达；所述枪柄的尾部设有把手，枪柄的头部设有冲击锤，冲击锤上设有调姿块；所述调姿块连接在冲击锤的侧部；所述冲击锤包括伸缩台、转向头和冲击头；所述伸缩台的一端固定在枪柄的头部上，伸缩台的另一端上设置有转向头，转向头转动安装在伸缩台上；所述转向头上设置有凸台，凸台与伸缩台对称分布在转向头的两端，凸台固定在转向头上，凸台随转向头的转动改变与伸缩台的相对角度；所述凸台上设置有两个f型支杆，f型支杆对称固定在凸台的两侧；所述f型支杆的凸起上分别设有冲击头和调姿块；所述冲击头接触焊道表面的部位呈球体；所述调姿块为长方体，调姿块的端面贴合在工件的表面上；所述枪柄的内部设有冲击马达，冲击马达驱动冲击头对焊道起到冲击作用；工作时，握持枪柄上的把手，启动冲击马达，通过枪柄的冲击锤将冲击马达的冲击振动传递至冲击头上，然后冲击头与焊道表面的接触将高频的冲击振动传导至焊道的内部，进而消除焊接时产生在焊道内部的残余应力，由于在手持枪柄冲击焊道的过程中，需要控制手持枪柄时冲击头对焊道的压力处于稳定的范围内，避免冲击作用的不均衡导致残余应力的消除不彻底，而破坏焊道残余应力的消除效果；因此，本发明通过设置在冲击锤上的转向头，调节转向头的转动使冲击头和调姿块与焊道表面的相对角度产生变化，使得握持中手部的位置变化不影响冲击头与焊道的位置关系，设置的调姿块贴合在焊道两侧的工件表面，使握持中的冲击锤的压力通过调姿块作用在工件上，避免了握持中手部操作的压力变化传递至冲击头上，使冲击头对焊道的压力处于稳定范围内；本发明利用了设置在冲击锤上的转向头，配合设置在转向头上的冲击头和调姿块，避免了在手持冲击设备消除焊道残余应力的过程中，握持的力度和角度变化使冲击头对焊道产生的冲击力不均衡，提升了焊道残余应力消除的效果。

优选的，所述f型支杆上设置有转向球，转向球位于f型支杆的端部；所述调姿块通过转向球连接在f型支杆上，调姿块通过转向球改变与工件表面的角度，使握持状态下的调姿块贴合在工件的表面；工作时，握持中超声冲击枪的姿势发生变化，会随之影响到对焊道残余应力的消除效果，而使用超声冲击枪进行冲击的过程中，无法保持握持中冲击头对焊道姿态均衡，通过设置在f型支杆上的转向球，使调姿块贴合在工件表面后，握持姿势的变化不会影响到冲击头相对于焊道的位置，同时在对焊道的死角消除残余应力中，通过改变枪柄的姿态利于冲击头伸入至焊道死角中的位置，确保了冲击头对焊道整体充分的超声冲击作用，维持了焊道残余应力消除的效果。

优选的，所述调姿块上设置有球座，球座转动安装在调姿块与工件贴合接触的表面上；所述球座使调姿块与工件表面滚动接触；工作时，操作冲击头沿焊道轨迹移动进行残余应力消除，调姿块需要跟随冲击头进行同步移动，而贴合在工件表面的调姿块阻碍了超声冲击枪的移动，同时对调姿块与工件相接触的表面造成了破坏；通过设置在调姿块上的球座，使得超声冲机枪的冲击头在沿焊道移动时，贴合在工件表面的调姿块在球座的作用下，通过球座的滚动使调姿块在工件表面便捷的移动，提高了焊道残余应力消除的效率。

优选的，所述球座上设置有环形气垫，环形气垫固定在球座与调姿块之间；所述球座朝向调姿块的方向设置有移动的空间，球座将气垫向调姿块外部挤出；工作时，在沿焊道移动冲击头的过程中，操作超声冲击枪的握持力度会发生改变，使得移动中的调姿块受到的压力不均衡，进而导致超声冲击传递至焊道上的冲击力受到影响，削弱了残余应力的消除效果；通过设置在球座上的环形气垫，当调姿块受到的压力过大时，球座被压入至调姿块的内部，将气垫向外部挤出，使得气垫替代球座与工件的表面相接触，进而阻止了冲击头沿焊道表面得移动，从而提示握持超声冲击枪的力度不够均衡，驱使握持力度的改变，达到平衡的状态，确保移动过程中冲击头对焊道残余应力消除的效果。

优选的，所述枪柄上设置有卡口，卡口环绕分布在枪柄的柱面上；工作时，在机械手焊接产生的焊道上，进行超声冲击处理来消除残余应力，通过握持的超声冲机枪增加了所需的工作量，同时机械手焊接作业的较长时间内，焊道自身在环境温度的作用下已经开始了局部的退火效应，再次对其进行超声冲击处理的作用效果有所降低；通过设置在枪柄上的卡口，使夹持爪通过卡口将超声冲击枪固定在机械手上，在机械手焊接完成的焊道上，冲击头即刻对焊道进行超声冲击，提高了对机械手焊接焊道的残余应力消除效率，同时避免了对退火效应后焊道的残余应力消除不彻底的问题，综合提升了焊道残余应力消除的效果。

本发明所述的一种焊道残余应力消除方法，该方法适用于上述任意一项焊道残余应力消除装置，该方法步骤如下：

s1、根据焊道与两焊接工件的相对位置，调节超声冲击枪上调姿块的角度，使调姿块的端面贴合在焊道两侧的钢板表面上，并调节超声冲击枪上冲击锤的伸出距离，配合调姿块的定位贴合在焊道的表面；

s2、开启超声冲击枪，在调姿块的作用下，手持枪柄控制超声冲击枪的冲击锤沿焊道的轨迹移动，使冲击锤以20000hz以上的频率冲击工件上焊道的表面，使得工件上的焊道区域产生塑性变形，从而消除焊道内部的残余应力；

s3、在针对消除狭小焊道区域内的残余应力时，焊道两侧的工件使超声冲击枪的使用空间受限，可以通过调节冲击锤与调姿块的偏转角度和伸出距离，满足冲击锤对焊道进行冲击消除残余应力的要求；

s4、在对工件进行机械手焊接时，将超声冲击枪枪柄上的夹持爪固定在机械手上，使得在机械手焊接完成的焊道上，超声冲击枪立即对焊道进行超声冲击，替代了人工进行超声冲击的操作，提升了焊道消除残余应力的效率。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过设置在冲击锤上的转向头，配合设置在转向头上的冲击头和调姿块，避免了握持的力度和角度变化使冲击头对焊道产生的冲击力不均衡，提升了焊道残余应力消除的效果；设置在f型支杆上的转向球，使调姿块贴合在工件表面后，握持姿势的变化不会影响到冲击头相对于焊道的位置，确保了冲击头对焊道整体充分的超声冲击作用，维持了焊道残余应力消除的效果。

2.本发明通过设置在调姿块上的球座，使得超声冲机枪的冲击头在沿焊道移动时，贴合在工件表面的调姿块在球座的作用下，通过球座的滚动使调姿块在工件表面便捷的移动，提高了焊道残余应力消除的效率；设置在球座上的环形气垫，提示握持超声冲击枪的力度不够均衡，驱使握持力度的改变，达到平衡的状态，确保移动过程中冲击头对焊道残余应力消除的效果；设置在枪柄上的卡口，使夹持爪通过卡口将超声冲击枪固定在机械手上，冲击头即刻对焊道进行超声冲击，提高了对机械手焊接焊道的残余应力消除效率，综合提升了焊道残余应力消除的效果。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明中焊道残余应力消除方法的流程图；

图2是本发明中超声冲击枪的立体图；

图3是本发明中超声冲击枪部件的立体图；

图4是本发明中冲击锤部件的立体图；

图中：枪柄1、把手11、卡口12、冲击锤2、伸缩台21、转向头22、凸台221、f型支杆222、转向球223、冲击头23、调姿块3、球座31、环形气垫311。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、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，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示，本发明所述的一种焊道残余应力消除装置，包括枪柄1、冲击锤2、调姿块3和冲击马达；所述枪柄1的尾部设有把手11，枪柄1的头部设有冲击锤2，冲击锤2上设有调姿块3；所述调姿块3连接在冲击锤2的侧部；所述冲击锤2包括伸缩台21、转向头22和冲击头23；所述伸缩台21的一端固定在枪柄1的头部上，伸缩台21的另一端上设置有转向头22，转向头22转动安装在伸缩台21上；所述转向头22上设置有凸台221，凸台221与伸缩台21对称分布在转向头22的两端，凸台221固定在转向头22上，凸台221随转向头22的转动改变与伸缩台21的相对角度；所述凸台221上设置有两个f型支杆222，f型支杆222对称固定在凸台221的两侧；所述f型支杆222的凸起上分别设有冲击头23和调姿块3；所述冲击头23接触焊道表面的部位呈球体；所述调姿块3为长方体，调姿块3的端面贴合在工件的表面上；所述枪柄1的内部设有冲击马达，冲击马达驱动冲击头23对焊道起到冲击作用；工作时，握持枪柄1上的把手11，启动冲击马达，通过枪柄1的冲击锤2将冲击马达的冲击振动传递至冲击头23上，然后冲击头23与焊道表面的接触将高频的冲击振动传导至焊道的内部，进而消除焊接时产生在焊道内部的残余应力，由于在手持枪柄1冲击焊道的过程中，需要控制手持枪柄1时冲击头23对焊道的压力处于稳定的范围内，避免冲击作用的不均衡导致残余应力的消除不彻底，而破坏焊道残余应力的消除效果；因此，本发明通过设置在冲击锤2上的转向头22，调节转向头22的转动使冲击头23和调姿块3与焊道表面的相对角度产生变化，使得握持中手部的位置变化不影响冲击头23与焊道的位置关系，设置的调姿块3贴合在焊道两侧的工件表面，使握持中的冲击锤2的压力通过调姿块3作用在工件上，避免了握持中手部操作的压力变化传递至冲击头23上，使冲击头23对焊道的压力处于稳定范围内；本发明利用了设置在冲击锤2上的转向头22，配合设置在转向头22上的冲击头23和调姿块3，避免了在手持冲击设备消除焊道残余应力的过程中，握持的力度和角度变化使冲击头23对焊道产生的冲击力不均衡，提升了焊道残余应力消除的效果。

作为本发明的一种实施方式，所述f型支杆222上设置有转向球223，转向球223位于f型支杆222的端部；所述调姿块3通过转向球223连接在f型支杆222上，调姿块3通过转向球223改变与工件表面的角度，使握持状态下的调姿块3贴合在工件的表面；工作时，握持中超声冲击枪的姿势发生变化，会随之影响到对焊道残余应力的消除效果，而使用超声冲击枪进行冲击的过程中，无法保持握持中冲击头23对焊道姿态均衡，通过设置在f型支杆222上的转向球223，使调姿块3贴合在工件表面后，握持姿势的变化不会影响到冲击头23相对于焊道的位置，同时在对焊道的死角消除残余应力中，通过改变枪柄1的姿态利于冲击头23伸入至焊道死角中的位置，确保了冲击头23对焊道整体充分的超声冲击作用，维持了焊道残余应力消除的效果。

作为本发明的一种实施方式，所述调姿块3上设置有球座31，球座31转动安装在调姿块3与工件贴合接触的表面上；所述球座31使调姿块3与工件表面滚动接触；工作时，操作冲击头23沿焊道轨迹移动进行残余应力消除，调姿块3需要跟随冲击头23进行同步移动，而贴合在工件表面的调姿块3阻碍了超声冲击枪的移动，同时对调姿块3与工件相接触的表面造成了破坏；通过设置在调姿块3上的球座31，使得超声冲机枪的冲击头23在沿焊道移动时，贴合在工件表面的调姿块3在球座31的作用下，通过球座31的滚动使调姿块3在工件表面便捷的移动，提高了焊道残余应力消除的效率。

作为本发明的一种实施方式，所述球座31上设置有环形气垫311，环形气垫311固定在球座31与调姿块3之间；所述球座31朝向调姿块3的方向设置有移动的空间，球座31将气垫向调姿块3外部挤出；工作时，在沿焊道移动冲击头23的过程中，操作超声冲击枪的握持力度会发生改变，使得移动中的调姿块3受到的压力不均衡，进而导致超声冲击传递至焊道上的冲击力受到影响，削弱了残余应力的消除效果；通过设置在球座31上的环形气垫311，当调姿块3受到的压力过大时，球座31被压入至调姿块3的内部，将气垫向外部挤出，使得气垫替代球座31与工件的表面相接触，进而阻止了冲击头23沿焊道表面得移动，从而提示握持超声冲击枪的力度不够均衡，驱使握持力度的改变，达到平衡的状态，确保移动过程中冲击头23对焊道残余应力消除的效果。

作为本发明的一种实施方式，所述枪柄1上设置有卡口12，卡口12环绕分布在枪柄1的柱面上；工作时，在机械手焊接产生的焊道上，进行超声冲击处理来消除残余应力，通过握持的超声冲机枪增加了所需的工作量，同时机械手焊接作业的较长时间内，焊道自身在环境温度的作用下已经开始了局部的退火效应，再次对其进行超声冲击处理的作用效果有所降低；通过设置在枪柄1上的卡口12，使夹持爪通过卡口12将超声冲击枪固定在机械手上，在机械手焊接完成的焊道上，冲击头23即刻对焊道进行超声冲击，提高了对机械手焊接焊道的残余应力消除效率，同时避免了对退火效应后焊道的残余应力消除不彻底的问题，综合提升了焊道残余应力消除的效果。

本发明所述的一种焊道残余应力消除方法，该方法适用于上述任意一项焊道残余应力消除装置，该方法步骤如下：

s1、根据焊道与两焊接工件的相对位置，调节超声冲击枪上调姿块3的角度，使调姿块3的端面贴合在焊道两侧的钢板表面上，并调节超声冲击枪上冲击锤2的伸出距离，配合调姿块3的定位贴合在焊道的表面；

s2、开启超声冲击枪，在调姿块3的作用下，手持枪柄1控制超声冲击枪的冲击锤2沿焊道的轨迹移动，使冲击锤2以20000hz以上的频率冲击工件上焊道的表面，使得工件上的焊道区域产生塑性变形，从而消除焊道内部的残余应力；

s3、在针对消除狭小焊道区域内的残余应力时，焊道两侧的工件使超声冲击枪的使用空间受限，可以通过调节冲击锤2与调姿块3的偏转角度和伸出距离，满足冲击锤2对焊道进行冲击消除残余应力的要求；

s4、在对工件进行机械手焊接时，将超声冲击枪枪柄1上的夹持爪固定在机械手上，使得在机械手焊接完成的焊道上，超声冲击枪立即对焊道进行超声冲击，替代了人工进行超声冲击的操作，提升了焊道消除残余应力的效率。

工作时，握持枪柄1上的把手11，启动冲击马达，通过枪柄1的冲击锤2将冲击马达的冲击振动传递至冲击头23上，然后冲击头23与焊道表面的接触将高频的冲击振动传导至焊道的内部，进而消除焊接时产生在焊道内部的残余应力，由于在手持枪柄1冲击焊道的过程中，需要控制手持枪柄1时冲击头23对焊道的压力处于稳定的范围内，避免冲击作用的不均衡导致残余应力的消除不彻底，而破坏焊道残余应力的消除效果；因此，本发明通过设置在冲击锤2上的转向头22，调节转向头22的转动使冲击头23和调姿块3与焊道表面的相对角度产生变化，使得握持中手部的位置变化不影响冲击头23与焊道的位置关系，设置的调姿块3贴合在焊道两侧的工件表面，使握持中的冲击锤2的压力通过调姿块3作用在工件上，避免了握持中手部操作的压力变化传递至冲击头23上，使冲击头23对焊道的压力处于稳定范围内；设置在f型支杆222上的转向球223，使调姿块3贴合在工件表面后，握持姿势的变化不会影响到冲击头23相对于焊道的位置，同时在对焊道的死角消除残余应力中，通过改变枪柄1的姿态利于冲击头23伸入至焊道死角中的位置，确保了冲击头23对焊道整体充分的超声冲击作用；设置在调姿块3上的球座31，使得超声冲机枪的冲击头23在沿焊道移动时，贴合在工件表面的调姿块3在球座31的作用下，通过球座31的滚动使调姿块3在工件表面便捷的移动；设置在球座31上的环形气垫311，当调姿块3受到的压力过大时，球座31被压入至调姿块3的内部，将气垫向外部挤出，使得气垫替代球座31与工件的表面相接触，进而阻止了冲击头23沿焊道表面得移动，从而提示握持超声冲击枪的力度不够均衡，驱使握持力度的改变，达到平衡的状态；设置在枪柄1上的卡口12，使夹持爪通过卡口12将超声冲击枪固定在机械手上，在机械手焊接完成的焊道上，冲击头23即刻对焊道进行超声冲击，提高了对机械手焊接焊道的残余应力消除效率，同时避免了对退火效应后焊道的残余应力消除不彻底的问题，综合提升了焊道残余应力消除的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。