專利名稱：一種用于調(diào)控焊接殘余應(yīng)力的多路高能超聲聲場處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)控焊接殘余應(yīng)力的多路高能超聲聲場處理裝置，特別是涉及一種用高能超聲調(diào)控焊接區(qū)域殘余應(yīng)力的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的消弱和消除殘余應(yīng)力工藝有自然時效、熱時效技術(shù)。自然時效依靠晝夜季節(jié)的溫度變化，逐漸造成金屬晶格緩慢滑移，最終達(dá)到應(yīng)力釋放的目的。該方法的不足之處是耗時長、效率低、占地面積大、不易調(diào)控。熱時效技術(shù)將工件加熱到相變溫度以下，在熱狀態(tài)下降低工件屈服極限，從而使殘余應(yīng)力降低或消除。該方法的不足之處是周期長、能耗高、經(jīng)濟(jì)成本高、工件易氧化、污染嚴(yán)重，而且不易處理大型構(gòu)件或加熱易受損的構(gòu)件。由于傳統(tǒng)的消除方法不盡人意，隨著理論研究的深入和在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷的創(chuàng)新，殘余應(yīng)力消除新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。
·
論文(林健，趙海燕，蔡志鵬，等.脈沖磁處理法降低工程結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，47 (2):161-164.)中提到了一種通過動態(tài)磁場與鋼鐵材料相互作用來改善工件中殘余應(yīng)力分布的新方法。但這種技術(shù)的不足之處是磁路裝置較為復(fù)雜，現(xiàn)場使用操作較不方便，且僅僅應(yīng)用于焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。專利(何聞，鄭建毅，等.用電擊時效法消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法[P].申請?zhí)?00710156921. 7，2007.)公開了一種用電擊時效法消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于微機(jī)的全自動控制系統(tǒng)。該發(fā)明提出的電擊時效法是將電能注入材料內(nèi)部使帶電粒子運(yùn)動或高分子粒子產(chǎn)生極化運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)微觀激勵，并最終降低或消除殘余應(yīng)力，該方法適用于所有導(dǎo)電和絕緣材料。但是不足之處是操作較為復(fù)雜，且不適合較大構(gòu)件的局部原位殘余應(yīng)力消除。利用多路高能超聲聲場處理裝置能實(shí)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力的原位消除和調(diào)控，該裝置簡單易操作，并具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高效、節(jié)能、環(huán)保的利用多路高能超聲聲場局部調(diào)節(jié)和控制焊接殘余應(yīng)力的處理裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如圖1所示，通過工控機(jī)配合調(diào)控系統(tǒng)軟件發(fā)出控制指令，超聲信號激勵控制器接收控制指令后，向高功率超聲放大器發(fā)出調(diào)控信號，高功率超聲放大器根據(jù)調(diào)控信號驅(qū)動高能超聲換能器產(chǎn)生高能超聲束，高能超聲束的能量按照設(shè)定要求注入到殘余應(yīng)力集中區(qū)域中，從而對殘余應(yīng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)節(jié)電源通電時間，輸出功率，頻率，輔助裝置的夾緊力。工作時，高能聲場在工件介質(zhì)中傳播使得媒質(zhì)粒子作交變振動或蠕動，并引起媒質(zhì)中的應(yīng)力或聲壓的連續(xù)或非連續(xù)變化，從而引發(fā)晶?；蚓Ц耖g的蠕動等一系列次級效應(yīng)。利用工件內(nèi)部聲場的強(qiáng)大波動能量，破壞、消弱或重建晶格間的約束力，起到對殘余應(yīng)力場的調(diào)控作用。如圖2所示，兩個強(qiáng)磁吸座吸附在待調(diào)控的焊接體部位，調(diào)節(jié)固定中間桿與螺紋桿將高能超聲換能器調(diào)節(jié)到焊縫應(yīng)力集中區(qū)域，利用壓盤向高能超聲換能器施加一定預(yù)緊力，使其固定在焊接體表面，夾持固定面上涂一層耦合劑，可以起到減少超聲能量損失和對高能聲場調(diào)控應(yīng)力時降溫雙重功效。本發(fā)明有益的效果利用殘余應(yīng)力的多路高能超聲聲場處理裝置，做了高能超聲聲場對45#鋼板等金屬材料焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行消除的試驗(yàn)。試驗(yàn)以換能器功率，換能器頻率和加載時間作為影響因子。45#鋼板經(jīng)過一定時間大功率超聲應(yīng)力消除后，應(yīng)力值整體上有了改善。通過適當(dāng)?shù)囊雺簯?yīng)力，增加了鋼板表面和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高了焊接區(qū)域表面抗腐蝕和耐磨損能力。
四

圖1焊接殘余應(yīng)力多路高能超聲聲場處理裝置原理2單個高能換能器工作時的夾持裝置示意圖在圖1中，1:殘余應(yīng)力集中區(qū)域；2:聚能器；3 :超聲換能器；4 :1禹合介質(zhì)；5 :試件。在圖2中，1:固定中間桿；2 :支撐長桿；3 :螺紋桿；4 :壓盤；5 聞能超聲換能器；
6:磁吸座；7 :焊接鋼板；8 :焊縫。
五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。如圖1所示，是本發(fā)明焊接殘余應(yīng)力多路高能超聲聲場處理裝置原理圖，其中包括了 工控機(jī)、超聲信號激勵控制器、高功率超聲放大器，高能換能器以及輔助裝置。圖2為單個高能換能器工作時的夾持裝置示意圖。在對焊接試件殘余應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行調(diào)控時，兩個強(qiáng)磁吸座吸附在待調(diào)控的焊接體部位，調(diào)節(jié)固定中間桿與螺紋桿將高能超聲換能器調(diào)節(jié)到焊縫應(yīng)力集中區(qū)域，利用壓盤將試件與換能器保持固定接觸，然后將換能器兩端接上電源，使聞能超聲激勵系統(tǒng)閉合。該裝置設(shè)計(jì)了多路控制電路板，可通過控制柜同時控制多個高能換能器工作。輔助夾持裝置提供一定夾緊力，使試件與換能器保持固定接觸，夾持固定面上涂一層耦合劑，可以起到減少超聲能量損失和對高能聲場調(diào)控應(yīng)力時降溫雙重功效。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于上述的實(shí)施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)控焊接殘余應(yīng)力的多路高能超聲聲場處理裝置，其特征在于便攜式工控機(jī)、超聲信號激勵控制器、高功率超聲放大器、高能換能器以及輔助裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲信號激勵控制器，其特征在于接收便攜式工控機(jī)發(fā)出的控制指令，向高功率超聲放大器發(fā)出調(diào)控信號，用以激勵高能超聲換能器產(chǎn)生高能聲場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超聲放大器，其特征在于設(shè)計(jì)了多路控制電路板，可通過控制柜同時控制多個高能換能器工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輔助裝置，其特征在于兩個強(qiáng)磁吸座吸附在待調(diào)控的焊接體部位，調(diào)節(jié)固定中間桿與螺紋桿將高能超聲換能器調(diào)節(jié)到焊縫應(yīng)力集中區(qū)域，利用壓盤向高能超聲換能器施加一定預(yù)緊力，使其固定在焊接體表面，夾持固定面上涂一層耦合劑，可以起到減少超聲能量損失和對高能聲場調(diào)控應(yīng)力時降溫雙重功效。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)控焊接殘余應(yīng)力的多路高能超聲聲場處理裝置，該裝置通過工控機(jī)配合調(diào)控系統(tǒng)軟件發(fā)出控制指令，超聲信號激勵控制器接收控制指令后，向高功率超聲放大器發(fā)出調(diào)控信號，高功率超聲放大器根據(jù)調(diào)控信號驅(qū)動高能超聲換能器產(chǎn)生高能超聲束，高能超聲束的能量按照設(shè)定要求注入到焊縫周圍殘余應(yīng)力集中區(qū)域中，從而對殘余應(yīng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)控效果好，能有效解決現(xiàn)階段殘余應(yīng)力對焊接工件尺寸穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度等諸多不良影響，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特征，應(yīng)用前景非常廣闊。
文檔編號C21D9/50GK103060545SQ20131002719
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者徐春廣, 宋文濤, 潘勤學(xué), 肖定國, 徐浪, 郭軍, 李驍, 劉海洋 申請人:北京理工大學(xué)