高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)及方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料在冷、熱加工過(guò)程中不可避免的在材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、應(yīng)力腐蝕、屈服強(qiáng)度、使用壽命等方面均有較大的影響。焊接接頭處往往出現(xiàn)殘余應(yīng)力集中的現(xiàn)象。針對(duì)這一現(xiàn)象國(guó)內(nèi)外專家提出多種控制焊接殘余應(yīng)力的方法。其中對(duì)焊縫區(qū)域施加交變循環(huán)載荷可以更加有效地降低焊接殘余應(yīng)力。以往利用高壓水射流技術(shù)消除焊接殘余應(yīng)力使用的方法為水射流垂直作用在工件表面，并使用極高的工作壓力對(duì)工件的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行消除，這在實(shí)際應(yīng)用中極為困難，同時(shí)僅對(duì)焊縫區(qū)域施加向下的沖擊載荷對(duì)殘余應(yīng)力的消除效果不夠明顯。
[0003]目前應(yīng)用于高壓水射流強(qiáng)化技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行強(qiáng)化的水射流設(shè)備中噴嘴設(shè)計(jì)的噴射角度均為單一方向，想要實(shí)現(xiàn)噴射角度的改變需要借助數(shù)控機(jī)械臂或者大范圍對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行改動(dòng)。而以上方法不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，同時(shí)操作復(fù)雜不利于實(shí)際的加工過(guò)程。目前市面上應(yīng)用廣泛的角度可變水射流噴嘴為球形噴嘴，但是這種噴嘴只能用于清洗、噴淋、滅塵等相關(guān)行業(yè)中的低壓應(yīng)用。因此結(jié)構(gòu)上無(wú)法滿足消除殘余應(yīng)力所需的高壓水射流環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作效率高，對(duì)材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對(duì)工件內(nèi)部焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行松弛的高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)及方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個(gè)平行設(shè)置的噴射臂，每個(gè)噴射臂的下側(cè)間隔設(shè)有多個(gè)噴嘴，兩個(gè)噴射臂上的噴嘴交錯(cuò)設(shè)置，一個(gè)噴射臂上的噴嘴向另一噴射臂一側(cè)傾斜設(shè)置，噴射臂的一端還連接有用于連接供水管路的芯軸，芯軸與噴射臂轉(zhuǎn)動(dòng)連接。噴射臂工件行走后，兩個(gè)噴射臂上交錯(cuò)的噴嘴噴出的水射流對(duì)材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對(duì)工件內(nèi)部焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行松弛，不需要交替變換水射流的壓力，而且多個(gè)噴嘴能夠施加連續(xù)的交變拉壓循環(huán)載荷，不需要往復(fù)行走，顯著提高了工作效率。
[0006]優(yōu)選的，兩個(gè)噴射臂通過(guò)角度調(diào)整機(jī)構(gòu)連接。
[0007]優(yōu)選的，所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)包括連接桿、定位螺栓和定位螺母，兩個(gè)連接桿的一端分別與噴射臂固定連接，連接桿的另一端開(kāi)設(shè)有條形長(zhǎng)孔，定位螺栓穿過(guò)兩個(gè)連接桿的條形長(zhǎng)孔與定位螺栓連接。
[0008]優(yōu)選的，所述芯軸的一端套在噴射臂內(nèi)側(cè)，芯軸與噴射臂之間設(shè)有多層O型密封圈，0型密封圈的兩側(cè)設(shè)有液壓密封擋圈。
[0009]優(yōu)選的，所述噴射臂通過(guò)旋轉(zhuǎn)套筒轉(zhuǎn)動(dòng)套在芯軸的外側(cè)，O型密封圈和液壓密封擋圈均套在芯軸與旋轉(zhuǎn)套筒之間，旋轉(zhuǎn)套筒與芯軸之間設(shè)有彈性密封裝置，彈性密封裝置推動(dòng)旋轉(zhuǎn)套筒軸向伸縮。
[0010]優(yōu)選的，所述彈性密封裝置包括壓蓋和密封彈簧，旋轉(zhuǎn)套筒后端與噴射臂固定連接，芯軸從旋轉(zhuǎn)套筒前端開(kāi)口處伸入旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)，壓蓋固定在旋轉(zhuǎn)套筒的前端開(kāi)口處，旋轉(zhuǎn)套筒外側(cè)的芯軸直徑小于旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)側(cè)的芯軸直徑并形成肩部，密封彈簧軸向設(shè)置在壓蓋與肩部之間。利用壓蓋固定密封彈簧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，密封彈簧能夠有效的吸收壓力變化所產(chǎn)生的沖擊，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0011]優(yōu)選的，在所述密封彈簧與肩部之間設(shè)有一推力軸承，旋轉(zhuǎn)套筒上開(kāi)設(shè)有給推力軸承加注潤(rùn)滑油的注油孔;推力軸承與O型密封圈之間的芯軸上還套設(shè)有抗灰塵擋圈。
[0012]優(yōu)選的，所述噴嘴的入口處的內(nèi)徑大于出口處的內(nèi)徑，過(guò)渡段為流線型的喇叭狀。
[0013]—種消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法，其特征在于:包括以下步驟:
將上述的噴嘴系統(tǒng)設(shè)置在工件表面上方，兩個(gè)噴射臂設(shè)置在焊縫的兩側(cè)；
噴嘴與工件的垂直距離為50-100mm，噴嘴所噴出的水射流與工件表面呈30-60°角；
沿焊縫長(zhǎng)度方向，噴嘴系統(tǒng)以0.1-0.3m/s的速度移動(dòng)，兩個(gè)噴射臂上交錯(cuò)的噴嘴噴出的水射流在焊縫區(qū)域形成交變循環(huán)載荷。
[0014]優(yōu)選的，一個(gè)噴射臂接入壓力為250_300MPa的高壓水，另一個(gè)噴射臂接入壓力為300-350MPa的高壓水。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:
1、噴射臂工件行走后，兩個(gè)噴射臂上交錯(cuò)的噴嘴噴出的水射流對(duì)材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對(duì)工件內(nèi)部焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行松弛，不需要交替變換水射流的壓力，而且多個(gè)噴嘴能夠施加連續(xù)的交變拉壓循環(huán)載荷，不需要往復(fù)行走，顯著提高了工作效率。
[0016]2、通過(guò)角度調(diào)整機(jī)構(gòu)可以調(diào)整兩個(gè)噴射臂的角度，根據(jù)不同材料的循環(huán)應(yīng)變特性，選擇合適的角度，能夠適應(yīng)各種材料，使用范圍廣。
[0017]3、在該高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)工作和非工作兩種狀態(tài)下，O型密封圈所承受的壓力相差非常大，而且芯軸中的水射流根據(jù)不同的材料選擇不同的壓力，一定時(shí)間后O型密封圈就會(huì)產(chǎn)生疲勞，而且壓力變化后旋轉(zhuǎn)套筒和噴射臂要承受較大的沖擊，彈性密封裝置可以軸向伸縮，適應(yīng)壓力變化對(duì)O型密封圈以及旋轉(zhuǎn)套筒和噴射臂的沖擊，有效的提高了使用壽命。
[0018]4、噴嘴的過(guò)渡段為流線型的喇叭狀，這種噴嘴與其他傳統(tǒng)形式的噴嘴相比可以有效地降低射流能量在噴嘴過(guò)渡段的能量損耗，使得射流具有更大的壓力值與速度，提高加工效果。
[0019]5、兩個(gè)噴射臂上的噴嘴噴出的水射流存在壓力差，形成壓力差更大的交變循環(huán)載荷，效果更好。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為該高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為圖1中A處的局部放大圖。
[0022]圖3為旋轉(zhuǎn)套筒與芯軸的軸向剖視圖。
[0023]圖4為圖3中B處的局部放大圖。
[0024]圖5為消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法的示意圖。
[0025]其中:1、芯軸2、旋轉(zhuǎn)套筒3、噴射臂4、噴嘴401、過(guò)渡段5、連接桿6、條形長(zhǎng)孔7、定位螺栓8、定位螺母9、壓蓋10、密封彈簧11、推力軸承12、注油孔13、擋塊14、向心軸承15、抗灰塵擋圈16、0型密封圈17、液壓密封擋圈。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1?5是該高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1?5對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]參照?qǐng)D1，該高壓水射流消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力噴嘴系統(tǒng)，包括兩個(gè)平行設(shè)置的噴射臂3，每個(gè)噴射臂3的下側(cè)間隔設(shè)有多個(gè)噴嘴4，兩個(gè)噴射臂3上的噴嘴4交錯(cuò)設(shè)置，一個(gè)噴射臂3上的噴嘴4向另一噴射臂3—側(cè)傾斜設(shè)置，噴射臂3的一端還連接有用于連接供水管路的芯軸I，芯軸I與噴射臂3轉(zhuǎn)動(dòng)連接。噴射臂3工件行走后，兩個(gè)噴射臂3上交錯(cuò)的噴嘴4噴出的水射流對(duì)材料施加交變拉壓循環(huán)載荷，可以更好地對(duì)工件內(nèi)部焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行松弛，不需要交替變換水射流的壓力，而且多個(gè)噴嘴4能夠施加連續(xù)的交變拉壓循環(huán)載荷，不需要往復(fù)行走，顯著提高了工作效率。噴射臂3上的噴嘴4內(nèi)徑沿噴射臂3入水口一端至另一端逐漸縮小，可以保證各個(gè)噴嘴4所噴出的水射流的壓力是相同的。
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，然而熟悉本領(lǐng)域的人們應(yīng)當(dāng)了解，在這里結(jié)合附圖給出的詳細(xì)說(shuō)明是為了更好的解釋，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)必然超出了有限的這些實(shí)施例，而對(duì)于一些等同替換方案或常見(jiàn)手段，本文不再做詳細(xì)敘述，但仍屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
[0029]參照?qǐng)D2，兩個(gè)噴射臂3通過(guò)角度調(diào)整機(jī)構(gòu)連接，通過(guò)角度調(diào)整機(jī)構(gòu)可以調(diào)整兩個(gè)噴射臂3的角度，根據(jù)不同材料的循環(huán)應(yīng)變特性，選擇合適的角度，能夠適應(yīng)各種材料，使用范圍廣。具體的，本實(shí)施例中的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)包括連接桿5、定位螺栓7和定位螺母8，兩個(gè)連接桿5的一端分別與噴射臂3固定連接，連接桿5的另一端開(kāi)設(shè)有條形長(zhǎng)孔6，定位螺栓7穿過(guò)兩個(gè)連接桿5的條形長(zhǎng)孔6與定位螺栓7連接。變換噴射角度時(shí)，先松開(kāi)緊固定位螺母8使得定位螺栓7可以自由的在條形開(kāi)口中滑動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)兩側(cè)噴射臂3使噴射角度改變至理想位置?？刂贫?