一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统及方法。其技术方案是：包括高压供液系统、铁砂喷射生成系统、铁砂喷射控制系统、铁砂回收系统和支架系统，水箱中的液体水经过净化系统处理后被高压泵增压，并通过压力调节阀和高压管输送至铁砂喷射生成系统；所述铁砂喷射生成系统包括铁砂罐、液压马达、铁砂喷射器、混料罐、节流阀和铁砂出料阀，铁砂与高压水在混料罐内形成高压铁砂两相流，进入铁砂喷射器，铁砂喷射器下侧的喷头对准工件进行喷射。有益效果是：本发明专利技术采用高压水射流与铁砂配合的方法，其中，高压水携带铁砂同时对工件表面进行喷射，其携带的巨大冲击压应力在工件表层产生足够的塑性变形，可使工件的应力的疲劳强度提高90%。

【技术实现步骤摘要】
一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统及方法
本专利技术涉及一种机械实验系统，特别涉及一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统及方法。
技术介绍
在机械生产中，焊接作为一种常用的以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料制造工艺及技术，广泛应用在机械加工中。当焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限，以致冷却后焊件中留有未能消除的应力；这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力，焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。因此在设备投产使用前降低焊接残余应力是极有必要的，目前，消除焊接残余应力的方法有：热处理、锤击、振动法和预载法等。其中，1、热处理消除法：焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理，火温度越高、保温时间越长，消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高，使工件表面氧化比较严重，组织可能发生转变，影响工件的使用性能，存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路，工件在较低温度时会发生蠕变，材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放，只要保温时间足够长，理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时，材料的组织和性能变化甚微，几乎不影响材料的使用性能，而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小，这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。2、锤击消除法：焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区，使焊缝及近缝区的金属得到延展变形，用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，使焊接残余应力降低。锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，焊后要及时锤击，除打底层不宜采用锤击外，其余焊完每一层或每一道都要进行锤击，锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。3、振动消除法：振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器，使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件，经过σmax＝128N/mm2和σmin＝5.6N/mm2多次应力循环后，残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，焊接结构中的残余应力逐渐降低。这种方法所用的设备简单，处理成本低，时间比较短，没有高温回火给金属表面造成的氧化问题，目前在施工中广泛使用。4、预载消除法：残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场，使焊缝区得到拉伸，以减小和消除焊接残余应力。焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序，先进的焊接工艺，焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，在焊接的每一个环节都减小残余应力，大大提高材料的使用寿命和性能，在工程施工上具有重要的意义。中国专利文献公开号为CN103805760A，专利名称为《一种利用高压水射流消除焊接残余应力的方法》，该专利技术采用喷嘴喷出高压的水射流束在焊缝上移动，调整水射流束的轴心动压为220~700MPa；并保持喷嘴出水口与焊缝间距5~10mm，水射流束垂直于工件表面沿焊接轨迹自焊缝往复移动4~8次，强化应力消除效果。该专利技术采用的方法操作简便，可以快速的消除焊接后焊接处残余的应力，但是存在的问题是需要的时间较长，而且需要前期清理和振动等多个步骤。另外有一种喷丸技术，使用丸粒轰击工件表面并植入残余压应力，提升工件疲劳强度的冷加工工艺，喷丸处理是工厂广泛采用的一种表面强化工艺，其设备简单、成本低廉，不受工件形状和位置限制，操作方便，但工作环境较差，强化效果一般，并且噪音非常大。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统及方法，通过高压水携带铁砂同步喷射，实现焊缝的应力快速消除，效果更好，也减少了前期的操作步骤，同时提高喷头的使用寿命，且降低了喷射噪音。本专利技术提到的一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统，其技术方案是：包括高压供液系统、铁砂喷射生成系统、铁砂喷射控制系统、铁砂回收系统和支架系统，所述高压供液系统包括水箱（1）、净化系统（2）、高压泵（3）、压力调节阀（4）和高压管（8），水箱（1）中的液体水经过净化系统（2）处理后被高压泵（3）增压，并通过压力调节阀（4）和高压管（8）输送至铁砂喷射生成系统；所述铁砂喷射生成系统包括铁砂罐（5）、液压马达（6）、铁砂喷射器（7）、混料罐（17）、节流阀（19）和铁砂出料阀（23），高压水经过节流阀（19）进入铁砂罐（5），调节压力调节阀（4），当压力到达实验设定值时，打开铁砂出料阀（23），铁砂与高压水在混料罐（17）内形成高压铁砂两相流，进入铁砂喷射器（7）；所述铁砂喷射控制系统包括液压控制器（9）、控制柜（10）、液压油管（24），控制柜（10）通过液压油管（24）连接液压控制器（9），通过液压控制器（9）带动液压马达（6）动作；铁砂回收系统采用磁回收机（11），通过磁回收机（11）连接到实验箱（16），实验箱内通过夹持器（14）固定工件（15），铁砂喷射器（7）下侧的喷头（13）对准工件（15）进行喷射；支架系统包括上支撑板（12）、支撑杆（18）和底座（20）。优选的，上述铁砂喷射器（7）包括上接头（7.1）、芯轴（7.2）、压盖（7.3）、上密封圈（7.4）、上盘根（7.5）、弹簧（7.6）、快速接头（7.7）、套筒主体（7.8）、注油孔（7.9）、挡圈（7.10）、下密封圈（7.11），所述的芯轴（7.2）安装在套筒主体（7.8）内腔，且套筒主体（7.8）的底部通过快速接头（7.7）连接喷头（13），芯轴（7.2）的顶部设有上接头（7.1），在芯轴（7.2）与套筒主体（7.8）之间设有压盖（7.3）、上密封圈（7.4）、上盘根（7.5）、弹簧（7.6）、挡圈（7.10）、下密封圈（7.11），压盖（7.3）的下部设有上密封圈（7.4），上密封圈（7.4）的下侧设有上盘根（7.5），上盘根（7.5）下侧设有弹簧（7.6），弹簧（7.6）处的外壁上设有注油孔（7.9），注油孔（7.9）外侧设有螺帽固定。优选的，上述喷头（13）的外形为锥形结构，内腔设有四段结构，由上到下依次是：第一筒形腔体（13.1）、第二锥形腔体（13.2）、第三筒形腔体（13.3）、第四锥形腔体（13.4），其中，第一筒形腔体（13.1）的内径大于第三筒形腔体（13.3）的内径，第二锥形腔体（13.2）的内径大于第四锥形腔体（13.4）的内径。优选的，上述喷头（13）采用高硬度耐磨材料制成的喷头，其高硬度耐磨材料的制作配方如下：氧化铝粉80-100份、氧化钇粉3-8份、碳酸氢钙1-2份、滑石粉1-3份、氧化锆1-3份、油酸0.01-0.03份、石蜡0.04-0.05份。优选的，上述夹持器（14）的下侧为夹持器座（26），夹持器座（26）与夹持器（14）通过四个丝杠（27）连接，实现升降的微调；所述夹持器座（26）的一侧设有连接杆（26.2），连接杆（26.2）的外端设有操作把手（26.3），实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统，其特征是：包括高压供液系统、铁砂喷射生成系统、铁砂喷射控制系统、铁砂回收系统和支架系统，所述高压供液系统包括水箱（1）、净化系统（2）、高压泵（3）、压力调节阀（4）和高压管（8），水箱（1）中的液体水经过净化系统（2）处理后被高压泵（3）增压，并通过压力调节阀（4）和高压管（8）输送至铁砂喷射生成系统；所述铁砂喷射生成系统包括铁砂罐（5）、液压马达（6）、铁砂喷射器（7）、混料罐（17）、节流阀（19）和铁砂出料阀（23），高压水经过节流阀（19）进入铁砂罐（5），调节压力调节阀（4），当压力到达实验设定值时，打开铁砂出料阀（23），铁砂与高压水在混料罐（17）内形成高压铁砂两相流，进入铁砂喷射器（7）；所述铁砂喷射控制系统包括液压控制器（9）、控制柜（10）、液压油管（24），控制柜（10）通过液压油管（24）连接液压控制器（9），通过液压控制器（9）带动液压马达（6）动作；铁砂回收系统采用磁回收机（11），通过磁回收机（11）连接到实验箱（16），实验箱内通过夹持器（14）固定工件（15），铁砂喷射器（7）下侧的喷头（13）对准工件（15）进行喷射；支架系统包括上支撑板（12）、支撑杆（18）和底座（20）。...

【技术特征摘要】
1.一种水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统，其特征是：包括高压供液系统、铁砂喷射生成系统、铁砂喷射控制系统、铁砂回收系统和支架系统，所述高压供液系统包括水箱（1）、净化系统（2）、高压泵（3）、压力调节阀（4）和高压管（8），水箱（1）中的液体水经过净化系统（2）处理后被高压泵（3）增压，并通过压力调节阀（4）和高压管（8）输送至铁砂喷射生成系统；所述铁砂喷射生成系统包括铁砂罐（5）、液压马达（6）、铁砂喷射器（7）、混料罐（17）、节流阀（19）和铁砂出料阀（23），高压水经过节流阀（19）进入铁砂罐（5），调节压力调节阀（4），当压力到达实验设定值时，打开铁砂出料阀（23），铁砂与高压水在混料罐（17）内形成高压铁砂两相流，进入铁砂喷射器（7）；所述铁砂喷射控制系统包括液压控制器（9）、控制柜（10）、液压油管（24），控制柜（10）通过液压油管（24）连接液压控制器（9），通过液压控制器（9）带动液压马达（6）动作；铁砂回收系统采用磁回收机（11），通过磁回收机（11）连接到实验箱（16），实验箱内通过夹持器（14）固定工件（15），铁砂喷射器（7）下侧的喷头（13）对准工件（15）进行喷射；支架系统包括上支撑板（12）、支撑杆（18）和底座（20）。2.根据权利要求1所述的水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统，其特征是：所述铁砂喷射器（7）包括上接头（7.1）、芯轴（7.2）、压盖（7.3）、上密封圈（7.4）、上盘根（7.5）、弹簧（7.6）、快速接头（7.7）、套筒主体（7.8）、注油孔（7.9）、挡圈（7.10）、下密封圈（7.11），所述的芯轴（7.2）安装在套筒主体（7.8）内腔，且套筒主体（7.8）的底部通过快速接头（7.7）连接喷头（13），芯轴（7.2）的顶部设有上接头（7.1），在芯轴（7.2）与套筒主体（7.8）之间设有压盖（7.3）、上密封圈（7.4）、上盘根（7.5）、弹簧（7.6）、挡圈（7.10）、下密封圈（7.11），压盖（7.3）的下部设有上密封圈（7.4），上密封圈（7.4）的下侧设有上盘根（7.5），上盘根（7.5）下侧设有弹簧（7.6），弹簧（7.6）处的外壁上设有注油孔（7.9），注油孔（7.9）外侧设有螺帽固定。3.根据权利要求1所述的水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统，其特征是：所述喷头（13）的外形为锥形结构，内腔设有四段结构，由上到下依次是：第一筒形腔体（13.1）、第二锥形腔体（13.2）、第三筒形腔体（13.3）、第四锥形腔体（13.4），其中，第一筒形腔体（13.1）的内径大于第三筒形腔体（13.3）的内径，第二锥形腔体（13.2）的内径大于第四锥形腔体（13.4）的内径。4.根据权利要求2所述的水力喷射与铁砂喷射的混合实验系统，其特征是：所述喷头（13）采用高硬度耐磨材料制成的喷头，其高硬度耐磨材料的制作配方如下：氧化铝粉80...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鲁洋，
申请(专利权)人：王鲁洋，
类型：发明
国别省市：山东,37