本發明專利技術公開了超聲沖擊針速度測量實驗設備，包括底座、石英管、試樣夾、固定螺釘、紅外線測速儀和高速攝像機，其中底座、石英管、試樣夾、固定螺釘用來固定試樣和超聲沖擊槍，紅外線測速儀和高速攝像機用于測速和攝像。本發明專利技術主要用于測量沖擊過程中沖擊針速度的變化和觀察沖擊針的具體運動情況，可以對沖擊過程有更加直觀的認識，從而達到更加深刻地分析超聲沖擊的機理，優化超聲沖擊工藝參數的作用。
【技術實現步驟摘要】
超聲沖擊針速度測量實驗設備及其應用
本專利技術屬于超聲沖擊
，更加具體地說，涉及一種新型超聲沖擊針測速實驗設備。
技術介紹
焊接過程中由于溫度變化不均勻，會在焊后產生焊接殘余應力。特別是接頭部位， 是整個結構中的薄弱環節，往往在焊接接頭的焊趾處存在著各種焊接缺陷、應力集中和拉伸焊接殘余應力，這些原因造成焊接接頭處的疲勞強度遠低于母材金屬的水平。而殘余應力對結構疲勞強度的影響是人們非常關心的問題，并且投入了大量的人力物力進行研究。 研究結果表明焊接殘余應力對疲勞強度的影響與疲勞載荷的應力比有關，當應力比數值較低時影響非常大。超聲沖擊通過發生器驅動沖擊針產生機械振動，沖擊針快速撞擊工件表面，引起工件表面得到強化并產生變形。從而達到使金屬表面產生一定深度的殘余壓應力層，從而改變焊接殘余應力的分布來改善其性能。由于該方法使用靈活、效率高，因此適用范圍廣， 不僅可以應用于焊接結構的制造過程中，而且可以應用于安裝現場，是一種有效改善焊接接頭殘余應力的方法。然而雖然超聲沖擊工藝的原理簡單，和普通噴丸處理工藝類似，但由于實際沖擊過程是沖擊針在換能器和試件之間反復多次的撞擊，沖擊針的速度變化又及其復雜，且由于實際沖擊過程中沖擊針頭和試件之間的距離太近而無法觀察，導致國內外對超聲沖擊針在沖擊過程中的最大速度，沖擊針的加速機制以及沖擊針作用于被處理金屬材料之后形成塑性變形層的本質物理演變機理一直未得到很好的解釋。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術的不足，為了解決超聲沖擊過程中沖擊針速度變化復雜，沖擊針頭和試件之間距離太小無法之間用肉眼觀察的問題，設計的實驗設備、實驗流程以及實驗數據處理方法。以達到更加直觀的觀察沖擊過程，分析超聲沖擊的機理，優化工藝參數的目的。本專利技術的技術目的通過下述技術方案予以實現超聲沖擊針速度測量實驗設備，包括底座、石英管、試樣夾、固定螺釘、紅外線測速儀和高速攝像機五部分。所述底座整體上為圓柱形，其一端設置為錐腳形，其端部設置有用來和石英管相連的圓孔；其另一端的圓周上設置有螺紋和裝卸凸起，用于和超聲沖擊槍體外殼連接，其內部為腔室(即內腔)，所述超聲沖擊槍外殼通過螺紋和裝卸凸起(法蘭扣上并鎖死)實現連接后，可使超聲沖擊槍的傳動機構位于腔室(即內腔)中并頂住位于石英管中的沖擊針。所述石英管是透明的，外部標有尺寸，外徑和底座端部的圓孔直徑相配合，內徑和長度有多種尺寸，可以根據實驗測試的沖擊針直徑進行選擇，其一端與底座相連，開口位于底座內腔的上方，以避免超聲設備直接作用在石英管上造成石英管的損傷；另一端與試樣夾相連，管口位于試樣夾中部的通孔處，以使沖擊針能夠作用在試樣表面。所述試樣夾是圓柱形的，一端設置有和石英管連接的圓形孔，孔的直徑和石英管外徑相同，另一端設置有螺紋孔，用于和固定螺釘配合，所述試樣夾的中間部位開有一個矩形的通孔，用來裝卡試件；一般情況下試樣夾和石英管是固定在一起的，對于特殊的試樣或者實驗要求可以選擇拆分型，實驗時自行組裝，連接處用緊固橡膠墊固定。固定螺釘的外螺紋和試樣夾的內螺紋配合，其作用是固定試樣位置，保證實驗過程中試樣無法移動。紅外線測速儀主要是用于測量實驗過程中沖擊針速度的。高速攝像機負責對實驗的整個過程進行拍攝，并可以通過每毫秒多幀拍攝對沖擊針速度和運動情況進行分析。本方法的技術方案可以用于超聲沖擊設備對各種材料進行實驗，沖擊過程中沖擊針速度的測量和過程的觀察，利用本專利技術的設備可實現對超聲沖擊過程中沖擊針的速度變化和運動情況首先按照試樣夾的尺寸加工試樣，根據實驗要求選取合適內徑和長度的石英管，組裝實驗設備，把沖擊針放入石英管中，將沖擊槍穩定地固定在試驗臺上，然后把底座和超聲沖擊槍體相連，沖擊槍上的傳動機構放置在底座的內腔中，并頂住位于石英管中的沖擊針，裝卡試樣后就可以進打實驗了。啟動超聲沖擊設備，沖擊針將會在沖擊槍和試件之間來回撞擊，用固定在特定高度的紅外線測速儀記錄下沖擊針通過該高度時的速度，并可通過高速攝像設備觀察沖擊過程中沖擊針的速度變化和運動情況。通過本專利技術的技術方案可以得到正常沖擊過程中的沖擊針速度值，并可根據沖擊過程中的速度變化通過有限元模擬的方式獲得試件表面的殘余應力分布情況。本專利技術針對超聲沖擊過程中由于沖擊針在換能器與試件之間的撞擊運動過于復雜且由于運動空間太小不易觀察，導致無法分析超聲沖擊過程與實驗結果之間關系問題而研發的一種實驗設備。該實驗設備的專利技術主要用于測量沖擊過程中沖擊針速度的變化和觀察沖擊針的具體運動情況，可以對沖擊過程有更加直觀的認識，從而達到更加深刻地分析超聲沖擊的機理，優化超聲沖擊工藝參數的作用。本專利技術的技術方案解決了由于沖擊過程中沖擊針和試件之間距離太小、沖擊針速度變化復雜、影響因素太多而導致無法直觀觀察超聲沖擊過程，分析沖擊針速度變化機制的問題，為進一步分析超聲沖擊的機理，優化工藝參數的作用奠定了基礎。本專利技術也為窄間隙，復雜變化型實驗數據的獲得提供了思路，對超聲沖擊的理論研究方面有重要的意義。附圖說明圖I本專利技術的超聲沖擊針速度測量實驗設備的結構示意圖，其中I為底座，2為石英管，3為試樣夾，4為固定螺釘，5為紅外測速儀，6為高速攝像機。圖2本專利技術的超聲沖擊針速度測量實驗設備的剖面示意圖，其中I為底座，2為石英管，3為試樣夾，4為固定螺釘，5為紅外測速儀。圖3本專利技術的超聲沖擊針速度測量實驗設備的剖面示意圖，其中I為底座，2為石英管，3為試樣夾,4為固定螺釘,6為高速攝像機。圖4實驗測得的沖擊針速度變化圖片圖5實驗測得的沖擊針速度視頻截圖圖6超聲沖擊處理過后的試件沿厚度方向的殘余應力分布模擬圖圖7超聲沖擊處理過后的試件沿厚度方向的殘余應力分布的實測圖具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明本專利技術的技術方案，使用的紅外測速儀為英國真尚有集團深圳市真尚有科技有限公司的ZLS-C50測長傳感器，高速攝像機為北京中西遠大科技有限公司的SHJQ-MotionPro-Y3。實施例1:裝配紅外線測速儀如附圖1-2所示，本專利技術實驗過程中可以用紅外線測速儀進行沖擊過程中沖擊針速度的采集，其結構包括底座I、石英管2、試樣夾3、固定螺釘4和紅外線測速儀5。圓柱形的底座末端帶有螺紋和超聲沖擊槍體配合，還帶有裝卸凸起，可以用法蘭將底座和槍體固定，底座前端成錐腳形，端面開有圓形孔用來和石英管連接。石英管作用是延長沖擊針的行程，有利于對沖擊過程中沖擊針的速度變化進行觀察和速度的采集，連接底座和試樣夾。試樣夾成圓柱形，一端開有直徑和石英管外徑相同的孔，另一端帶有和固定螺釘配合的螺紋孔，中部帶有矩形通孔，用來裝卡試件。固定螺釘用來和試樣夾固定試件， 保證實驗過程中試樣不會發生移動。紅外線測速儀負責進行沖擊過程中沖擊針速度的采集。實施例2 :裝配高速攝像機如附圖1-3所示，本專利技術實驗過程中可以用紅外線測速儀進行沖擊過程中沖擊針速度的采集，其結構包括底座I、石英管2、試樣夾3、固定螺釘4和高速攝像機6。圓柱形的底座末端帶有螺紋和超聲沖擊槍體配合，還帶有裝卸凸起，可以用法蘭將底座和槍體固定，底座前端成錐腳形，端面開有圓形孔用來和石英管連接。石英管作用是延長沖擊針的行程，有利于對沖擊過程中沖擊針的速度變化進行觀察和速度的采集，連接底座和試樣夾。試樣夾成圓柱形，一端開有直徑和石英管外徑本文檔來自技高網...
【技術保護點】
超聲沖擊針速度測量實驗設備，其特征在于，包括底座、石英管、試樣夾、固定螺釘、紅外線測速儀和高速攝像機所述底座整體上為圓柱形，其一端設置為錐腳形，其端部設置有用來和石英管相連的圓孔；其另一端的圓周上設置有螺紋和裝卸凸起，用于和超聲沖擊槍體外殼連接，其內部為腔室，所述超聲沖擊槍外殼通過螺紋和裝卸凸起實現連接，可使超聲沖擊槍的傳動機構位于腔室中并頂住位于石英管中的沖擊針；所述石英管的外徑和底座端部的圓孔直徑相配合，其一端與底座相連，開口位于底座內腔的上方，以避免超聲設備直接作用在石英管上造成石英管的損傷；另一端與試樣夾相連，管口位于試樣夾中部的通孔處，以使沖擊針能夠作用在試樣表面；所述試樣夾是圓柱形的，一端設置有和石英管連接的圓形孔，孔的直徑和石英管外徑相同，另一端設置有螺紋孔，用于和固定螺釘配合，所述試樣夾的中間部位開有一個矩形的通孔，用來裝卡試件；所述固定螺釘的外螺紋和試樣夾的內螺紋配合，其作用是固定試樣位置，保證實驗過程中試樣無法移動；所述紅外線測速儀是用于測量實驗過程中沖擊針的速度；所述高速攝像機用于對實驗的整個過程進行拍攝，并可以通過每毫秒多幀拍攝對沖擊針速度和運動情況進行分析。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧彩艷，黃超，王東坡，吳良晨，龔寶明，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。