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消除焊接残余应力的超声冲击设备的设计与研究

秦雷  
【摘要】:目前,焊接结构广泛地应用于国民经济的各相关领域中,可以说焊接结构的应用在一定程度上促进了现代工业的发展。然而,由于焊接应力和变形的存在直接影响到焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性。所以它一直是焊接界关注的重要问题之一。 超声冲击法是一种焊后改善焊接接头残余应力的新工艺。本文主要针对这种方法所用的超声冲击设备进行研究。 超声冲击技术就是利用大功率的超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面,由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量,使金属表层产生较大的压塑性变形;同时超声冲击波改变了原有的应力场,产生一定数值的压应力;使超声冲击部位得以强化。本文在对改善焊接残余应力的超声冲击设备的结构和功能进行分析的基础上,确立了超声冲击设备的整体方案。超声冲击设备由两部分组成:超声波发生器和执行机构。执行机构包括超声换能器、变幅杆和冲击头。超声波发生器应具有产生足够功率及所需频率的交流电的主回路,以及频率跟踪控制系统和输出功率控制系统。 由于稀土超磁致伸缩材料是当今室温下具有最大磁致伸缩系数的材料,比压电陶瓷高一个数量级,在低磁场下就可获得巨应变,并且具有机电耦合系数高、能量密度高、响应速度快等优点。故本文设计了以超磁致伸缩换能器作为核心部件的执行机构,针对超磁致伸缩换能器进行了计算并设计出了它的具体结构和尺寸,应用CAXA软件绘制出了部分零件的二维图,以及超磁致伸缩换能器的总体结构图,然后应用CATIAV5软件对换能器进行了三维可视化实体装配建模。并通过计算设计了圆锥形变幅杆和冲击头,应用CATIAV5软件对变幅杆和冲击头进行了三维可视化实体建模。 对超声冲击工艺进行分析,了解实际工作中功率和频率的变化情况,分析超声冲击设备声学系统的电声特性和超声冲击处理特性,提出超声波发生器功能和结构的总体设计思想,建立了超声波发生器的主回路,完成了超声波发生器中谐振频率自动跟踪和输出功率自动控制系统的电路设计,并对频率自动跟踪系统中的鉴相器进行MATLAB仿真。 在文章的最后对整个论文进行了总结,并提出了对今后工作的展望。


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