[实用新型]超声波高频冲击消除应力系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声冲击技术领域，尤其涉及一种利用超声波高频冲击消除应力的系统。

背景技术

超声冲击技术是一种高效的消除部件表面或焊缝区有害残余拉应力、引进有益压应力的方法。超声冲击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。超声波驱动电源通过电缆与设置在外壳内的超声波换能器连接，换能器的振动输出端部与变幅杆连接，变幅杆端部装有冲击针。超声波驱动电源将市电转换成高频高电压交流电流，输给超声波换能器。然后超声波换能器利用压电陶瓷的负压电效应将输入的电能转换成机械能，即超声波，其表现形式是换能器在纵向作往复伸缩运动；伸缩运动的频率等同于驱动电源的交流电流频率，伸缩的位移量在十几微米左右。变幅杆的作用一是将换能器的输出振幅放大，达到100微米以上，另一方面对冲击针施加冲击力，推动冲击针高速前冲。冲击头冲击工件后，在很短的时间内速度由不小于1.5米/秒减小至0米/秒，能量向焊缝传递，以达到消除内应力的作用。冲击头受工件的反作用后回弹，碰到高频振动的变幅杆后，再次受到激发，又一次高速度撞向焊缝，如此反复多次，完成冲击作业。

目前传统的超声波冲击时效设备，存在着如下问题：(1)当超声波电源的电压发生变化时，超声波电源的输出功率也会发生变化，这时反映在超声波换能器上就是机械振动忽大忽小，导致冲击效果不稳定。因此需要稳定输出功率，一般通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。（2）提供频率跟踪信号，当超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而超声波换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制超声波电源信号，使信号超声波电源的频率在一定范围内跟踪超声波换能器的谐振频率点，让超声波电源工作在最佳状态。（3）无法显示时效过程的电流时间曲线，其时效处理效果如何判定，以及时效处理的效果无法当场确定，需要专用应力测试设备进行检测后，才能判断效果。

进一步地，现有的超声波冲击时效技术，其采用硬件的方法进行恒流调节与频率跟踪，时效处理效果不理想。表现在于：（1）其系统跟踪频率为±3.0kHz，频率波动性大；（2）其电流稳定性差，需要电阻旋钮进行微调；（3）其时效处理效果不稳定，而且无电流时间曲线等图像显示。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种超声波高频冲击消除应力系统，其解决了目前超声波电源频率不稳定，功率跟踪困难且调整复杂等缺点，保障了超声波时效处理效果，提高了焊接产品的质量。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种超声波高频冲击消除应力系统，其包括：控制箱及冲击枪，该控制箱内设有与冲击枪连接设置的换能器，所述控制箱内设有整流逆变模块、连接整流逆变模块与换能器的匹配网络，以及相互电性连接的单片机与数据采集电路；所述单片机一端连接于整流逆变模块与匹配网络之间，该单片机另一端与整流逆变模块电性连接；所述数据采集电路一端还与一工控机电性连接。

其中，所述换能器与冲击枪之间通过电缆连接，该换能器与冲击枪之间设置有变幅杆。

本实用新型中，所述整流逆变模块内包括有依次电性连接的整流滤波电路、DC/DC转换器、全桥逆变电路及高频变压器，该整流滤波电路一端与市电相连接，高频变压器一端与匹配网络相连接。

再者，所述高频变压器与匹配网络之间通过一信号采集电路与单片机电性连接。

具体的，所述信号采集电路内设有相互电性连接的霍尔传感器及A/D转换电路，该A/D转换电路一端与单片机电性连接。

更进一步地，所述单片机内包括有依次电性连接的功率跟踪电路、功率控制电路、D/A转换电路及压控振荡器，该A/D转换电路与功率跟踪电路电性连接。

此外，所述单片机通过一第一驱动电路与DC/DC转换器电性连接，该单片机还通过一第二驱动电路与全桥逆变电路电性连接。

具体的，所述数据采集电路可以采用型号为PCI7901的32通道模拟信号采集卡。

本实用新型中，所述工控机可以采用intel双核E2210CPU，该工控机还采用15寸的真彩色液晶屏；此外，所述工控机还连接有一打印机。