CN103834795B - 自吸式残余应力高能消除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种自吸式残余应力高能消除装置，用于带有狭小空间和复杂结构的金属或非金属构件的残余应力消除。该装置与被作用工件表面的接触面是一个可更换的工装，该工装下部分可以很好地贴合被作用表面，上部分能够与高能超声激励器耦合或与电磁铁形成闭合回路，起到对狭小空间和异形区域残余应力的消除。另外，自吸式可以是电磁铁自吸（针对声磁耦合激励，适合于铁磁材料），也可以是真空吸盘式（针对超声激励，适用于非铁磁性材料，如铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢、陶瓷、玻璃等材料）。该装置结构简单、使用灵活，残余应力消除效果明显。

Description

自吸式残余应力高能消除装置
一、技术领域
本发明涉及的是一种自吸式残余应力高能消除装置，特别是能够适合于窄小空间里和异形区域内残余应力的消除，属于制造与工程科学领域。
二、背景技术
在机械构件加工或成形过程中，由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在形变后的变形体内保留下来的应力即为残余应力。残余应力的存在不仅降低构件静强度和疲劳强度，使其在制造和使用时产生变形和开裂等工艺缺陷，而且在制造后的自然释放过程中还会影响材料的抗疲劳、抗脆断等特性。因此，消除机械构件中的残余应力是制造与工程科学领域的一项重要课题。
常用的传统消除机械构件中残余应力的方法有锤击法和热处理法，这两种方法不仅对金属和非金属材料，而且对复杂形状构件都有很好的消除效果。但是，这两种方法效率低下、污染严重，无法适应现代工业提出的增效率、减污染的要求。通过文献检索，发现新的消除工艺和装置不断出现。如专利：（郭敬东,王景鹏,王宝全.一种消除钢中残余应力的方法[P].申请号:200710012265.3,2007.）提出了一种消除钢中残余应力的脉冲电流处理方法，该方法效率高，操作简便。但是，该方法只提到了对钢材中残余应力的消除，而无法用于铜材、铝材以及非金属材料如陶瓷、玻璃等的残余应力消除作业中。专利：（王明道,王自成,袁金磊.一种提高金属材料耐磨性能的方法[P].申请号:200710051704.1,2007.）发明了一种通过耦合超声场和电磁场处理金属材料，在金属材料热处理基础上降低残余应力，减小不完全相变的程度，使得零件抗磨损性能大幅提高的方法。该方法的缺点是只能对金属材料进行处理，无法消除非金属构件残余应力，而且也不能处理复杂形状构件。
三、发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种自吸式残余应力高能消除装置，该装置不仅能够用于金属或非金属材料的残余应力消除，而且通过接触处可更换的工装，实现狭小空间和异形区域（如直角、三角、T形、多边交汇处等形状）残余应力的消除。
本发明的目的是这样实现的，残余应力高能消除装置与被作用工件表面的接触面是一个可更换的工装，该工装下部分可以很好地贴合被作用表面，上部分能够与高能超声激励器耦合或与电磁铁形成闭合回路，起到对狭小空间和异形区域残余应力的消除。另外，自吸式可以是电磁铁自吸（针对声磁耦合激励，适合于铁磁材料），也可以是真空吸盘式（针对超声激励，适用于非铁磁性材料，如铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢、陶瓷、玻璃等材料）。
四、附图说明
图1磁吸式残余应力高能消除装置示意图
图2真空吸盘式残余应力高能消除装置示意图
图3安装柔性工装后的残余应力高能消除装置示意图
附图说明：磁吸表座1，残余应力高能消除装置2，扶手3，检测传感器引出线接口4，高能超声激励器引出线接口5，高能磁场激励器引出线接口6，真空吸盘7，直角工件8，柔性工装9。
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
如图1所示，对于铁磁性材料，残余应力高能消除装置2可采用声磁耦合激励的方式，其两侧装有磁吸表座1。磁吸表座1能提供强磁吸力，用于将残余应力高能消除装置2紧固在构件表面，同时能方便断磁，用于将高能消除装置2取下。磁吸表座1的尺寸选取应与高能消除装置2其它部件的大小一致，如选择外形尺寸为：长20～80mm，宽50～100mm，高50～150mm，从而确保整体美观。磁吸表座1的装配可以位于残余应力高能消除装置2的左右方向和前后方向，依据对残余应力调控时离焊缝的远近需要来确定。
由于铁磁线圈重量大，扶手3可方便残余应力高能消除装置2的搬动；残余应力高能消除装置2的一面安装有检测传感器引出线接口4，高能超声激励器引出线接口5，高能磁场激励器引出线接口6。
如图2所示，对于非铁磁性材料，如铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢、陶瓷、玻璃等材料，残余应力高能消除装置2可采用高能超声激励的方式，其两侧装有真空吸盘7。真空吸盘7能提供强吸力，用于将残余应力高能消除装置2紧固在构件表面，同时能方便断磁，用于将高能消除装置2取下。真空吸盘7的尺寸选取应与高能消除装置2其它部件的大小一致，确保整体美观。真空吸盘7的装配可以位于残余应力高能消除装置2的左右方向和前后方向，依据对残余应力调控时离焊缝的远近需要来确定。
残余应力高能消除装置2的一面安装有检测传感器引出线接口4，高能超声激励器引出线接口5。
如图3所示，对于狭小空间和异形区域（如直角、三角、T形、多边交汇处等形状）残余应力的消除，可以在残余应力高能消除装置2的工作部位连接柔性工装9，该工装下部分可以很好地贴合被作用表面，上部分能够与高能超声激励器耦合或与电磁铁形成闭合回路。
在利用自吸式残余应力高能消除装置对构件残余应力进行调控时，须首先在作用区域凃抹耦合剂，用于残余应力检测所需。然后使用扶手将装置放于作用区域，通过磁吸表座1或真空吸盘7将装置牢固吸附在工件上。而后插上相应引线，设置调控参数开始调控，待调控结束后，断开吸力，用扶手将装置取下。

Claims (3)

1.自吸式残余应力高能消除装置，其特征在于，该装置与被作用工件表面的接触面是一个可更换的工装，该工装下部分可以很好地贴合被作用表面，上部分能够与高能超声激励器耦合或与电磁铁形成闭合回路，起到对金属或非金属材料狭小空间和异形区域内残余应力的消除，这些狭小空间和异形区域包括直角、三角、T形、多边交汇处。
2.根据权利要求1所述的自吸式残余应力高能消除装置，其特征在于，自吸式是指该装置能自行吸附在被消除应力工件表面，且能够保持高能超声激励器耦合或电磁铁形成闭合回路；该自吸式装置实现的方式有两种，一种是针对铁磁材料，采用电磁铁自吸；另一种是针对非铁磁性材料，包括铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢、陶瓷、玻璃，采用真空吸盘式。
3.根据权利要求1所述的自吸式残余应力高能消除装置，其特征在于，在利用自吸式残余应力高能消除装置对构件残余应力进行调控时，须首先在作用区域涂抹耦合剂，用于残余应力检测所需；然后使用扶手将装置放于作用区域，通过磁吸表座或真空吸盘将装置牢固吸附在工件上；而后插上相应引线，设置调控参数开始调控，待调控结束后，断开吸力，用扶手将装置取下。
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