[发明专利]一种超声冲击消除焊接中残余应力的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除焊接中残余应力的方法，尤其涉及一种超声冲击消除焊接中残余应力的方法在铁路货车铸钢侧架、摇枕缺陷修理中的应用。

背景技术

根据《铁路货车厂修规程》要求，铁路货车转向架铸钢摇枕、侧架关键部位的缺陷焊修后需进行回火处理或局部消除应力处理。但由于整体回火处理对装备条件要求较高、能耗过大、检修周期长，且对其它加工面有不良影响，因此目前在我国铁路车辆修理行业中极少采用，较多采用的是局部消除应力的方法。

局部消除应力处理通常采用锤击法、局部回火处理法等。锤击法通常是利用圆头小锤在焊接结束后对焊缝进行锤击处理（多层焊时，打底层及盖面层不作锤击处理），虽然操作方便、成本低，但消除应力效果有限。局部回火处理通常使用火焰加热的方式对缺陷焊修后的焊缝部位进行局部加热、保温、缓冷，以达到消除应力的目的，虽对装备条件要求不高，但加热温度、保温时间、缓冷速度的控制均依赖个人操作技能的高低，且效率低、耗能高、环境污染大，无法保证局部消除应力处理的效果。

转向架作为铁路车辆的主要受力部件，且在车辆运行过程中不断承受交变载荷，对摇枕、侧架的疲劳寿命提出很高的要求。目前铁路货车转向架摇枕、侧架材质主要为B级铸钢、B+级铸钢，均具有较高的冷裂倾向，若在车辆检修过程中，该类铸钢件缺陷局部焊修后消除应力处理效果不佳，极易造成缺陷焊接部位延迟裂纹（冷裂纹）及疲劳断裂，最终导致零部件失效，给铁路运输带来极大的安全隐患。

发明内容

    本发明为了克服现有技术的不足，而提供的一种高效、节能、环保的利用超声冲击局部消除应力处理方法。

本发明采用的技术方案：

该方法主要是利用超声冲击装置，所述的超声冲击装置主要包括超声波发生器、声学系统与机架，超声波发生器和声学系统设置在机架上，声学系统具有换能器，通过超声波发生器将电网上50Hz工频交流电转变成超声频的20kHz交流电，用以激励声学系统的换能器，声学系统的换能器将电能转换成相同频率的机械振动，在400℃～800℃的温度下,将上述超声频的机械振动传递给铸钢侧架、摇枕上的焊缝，使焊缝部位表面产生足够深度的塑变层，从而有效地改善焊缝与母材过渡区的外表形状，使其平滑过渡，降低了焊接部位的应力集中程度，使焊缝附近的金属得以强化，重新调整了焊接残余应力场,并由超声冲击形成较大数值的有利于疲劳强度提高的表面压应力，致使冲击处理后的焊缝部位应力状态得以改善、疲劳强度得以提高。

一种超声冲击消除焊接中残余应力的方法在铁路货车铸钢侧架、摇枕缺陷修理中的应用，利用超声冲击消除焊接中残余应力的方法来提高铁路货车转向架用铸钢侧架、摇枕缺陷的焊接修复质量。

本发明取得的技术效果：

1、本发明工艺简单，操作方便，装备噪音小，且对摇枕、侧架等铸钢件在修理焊接过程中产生的残余应力消除具有高效、节能、环保等特征，改善焊缝应力分布，提高焊缝疲劳强度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1

一种超声冲击消除焊接中残余应力的方法，该方法主要是利用超声冲击装置，所述的超声冲击装置主要包括超声波发生器、声学系统与机架，超声波发生器和声学系统设置在机架上，声学系统具有换能器，通过超声波发生器将电网上50Hz工频交流电转变成超声频的20kHz交流电，用以激励声学系统的换能器，声学系统的换能器将电能转换成相同频率的机械振动，在400℃～800℃的温度下,将上述超声频的机械振动传递给工件上的焊缝，使焊缝部位表面产生足够深度的塑变层，从而有效地改善焊缝与母材过渡区的外表形状，使其平滑过渡，降低了焊接部位的应力集中程度，使焊缝附近的金属得以强化，重新调整了焊接残余应力场,并由超声冲击形成较大数值的有利于疲劳强度提高的表面压应力，致使冲击处理后的焊缝部位应力状态得以改善、疲劳强度得以提高。具体的超声冲击装置可以利用现有技术中已有的超声波发生器、声学系统等自己组装。

为了提高铸钢侧架、摇枕缺陷焊修后的局部消除应力处理的可操作性，本发明引入一种超声冲击消除应力处理的方法代替传统的消除应力工艺来提高铁路货车转向架用铸钢侧架、摇枕缺陷的修复质量。通过实际操作、试验数据分析，提出改善焊缝应力分布，提高焊缝疲劳强度的新工艺。