CN104962725B - 一种磁振复合时效残余应力消减装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁振复合时效残余应力消减装置,磁振复合时效残余应力消减装置包括振动时效系统和磁处理系统，振动时效系统包括振动台、支撑框架和张力施加机构，支撑框架设置在振动台上方，支撑框架与振动台固定连接，支撑框架设置有第一样品连接件，张力施加机构对应设置有第二样品连接件，振动台设置有激振头，激振头设置在第一样品连接件和第二样品连接件之间，磁处理系统设置在振动台上方的支撑框架上，磁处理系统包括磁体和磁控制器，磁体与控制器连接。通过设置振动时效系统和磁处理系统，并将磁处理系统设置在振动台上方的支撑框架上，能够利用磁场处理与振动时效的复合作用来完成残余应力均化。

Description

一种磁振复合时效残余应力消减装置

技术领域

本发明涉及金属材料处理技术领域，特别是指一种磁振复合时效残余应力消减装置。

背景技术

近年来，属构件经过热加工或压力加工后，表面和内部都会产生残余应力。残余应力的存在使工件处于不稳定状态，是工件开裂或变形的主要原因。超高强度钢是一种应用范围非常广泛的钢材，其抗拉强度高，韧性好，比强度大，屈强比高等特性使得它成为了一种在汽车、航空、航天、军事、工业等各领域均具有重要价值的材料，广泛的应用于汽车防撞梁，飞机关键部位蒙皮，枪管、炮管，火箭发射架等各种构件上；然而这些用途决定了由超高强度钢制成的构件不能经常性的频繁更换，更换起来更是非常麻烦，所以超高强度钢构件的应具有较长的使用寿命，甚至保证在设备服役期内这些构件不需要更换，即与设备同寿命。在影响构件寿命的因素中，残余应力是很关键的一项，内部残余应力的大小、分布、状态等决定了该构件是否会在服役过程中发生变形、磨损、表面脱落甚至断裂等缺陷，也决定了构件的寿命，所以消除其内部残余应力也就成为了提高超高强度钢制品使用寿命、工作稳定性的必要手段。

目前已有的消除超高强度钢残余应力的方法有机械拉伸法，热时效，自然时效等，应用最普遍的是热时效和自然时效，机械拉伸法因为成本高，局限性大，目前的应用并不广泛，而热时效和自然时效虽然应用最为广泛，但是其生产效率低，周期长，占地面积大，并且热时效还需要消耗大量能源，这使得这两种方法已渐渐不再适应现代工业社会的发展需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁振复合时效残余应力消减装置，能够实现振动时效和磁处理复合作用对残余应力进行消减。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种磁振复合时效残余应力消减装置,所述磁振复合时效残余应力消减装置包括振动时效系统和磁处理系统，所述振动时效系统包括振动台、支撑框架和张力施加机构，所述支撑框架设置在所述振动台上方，所述支撑框架与所述振动台固定连接，所述支撑框架设置有第一样品连接件，所述张力施加机构对应设置有第二样品连接件，所述振动台设置有激振头，所述激振头设置在所述第一样品连接件和第二样品连接件之间，所述磁处理系统设置在振动台上方的支撑框架上，所述磁处理系统包括磁体和磁控制器，所述磁体与所述控制器连接。

优选的，所述张力施加机构包括连接板、连接绳索和托盘，所述连接绳索与所述托盘和连接板连接，所述连接板远离连接绳索的一端设置有所述第二样品连接件。

优选的，所述支撑框架设置有连接板支撑件和连接绳索支撑轴，所述连接板支撑件设置在所述连接板下方，所述连接板与所述连接板支撑件滑动连接，所述连接绳索搭接在所述连接绳索支撑轴上。

优选的，所述支撑框架包括支撑框、支撑柱和连接支杆，所述支撑框设置在所述振动台上方，所述支撑框与所述振动台固定连接，所述连接支杆两端分别与支撑框和支撑柱连接。

优选的，所述第一样品连接件设置在支撑框上，所述连接板支撑件和连接绳索支撑轴设置在所述连接支杆上。

优选的，所述振动台上表面为激振台面，所述激振台面均匀设置有激振头连接孔，所述激振头通过所述激振头连接孔与所述激振台面连接，所述激振头以点、线或面的形式排列设置。

优选的，所述磁处理系统设置在所述支撑框架上方，所述磁处理系统与所述支撑框架固定连接。

优选的，所述磁处理系统设置有连接固定架，所述磁体与所述连接固定架连接，所述磁处理系统通过所述连接固定架与所述支撑框架固定连接。

优选的，所述连接固定架包括固定框和底部开口的磁体箱，所述固定框与所述支撑框架固定连接，所述磁体箱与所述固定框滑动连接，所述磁体设置在所述磁体箱内。

优选的，所述磁体包括铁芯和绕组线圈，所述绕组线圈与所述磁控制器连接。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过设置振动时效系统和磁处理系统，并将磁处理系统设置在振动台上方的支撑框架上，能够利用电磁时效与振动时效的复合作用来完成残余应力均化。电磁时效过程中交变的磁场使得微观结构具有磁致塑性，磁致塑性可以使得钉扎物易于脱钉，塞积松动，易于开通，同时微观结构在交变磁场的作用下产生不同方向的磁致伸缩，导致发生磁致振动，使得位错塞积开通，而振动时效则通过外部施加的振动产生的动应力促使位错塞积开通，在此过程中，磁场产生的磁致塑性使得位错塞积更容易开通，而振动产生的由外而内的动应力不断地开通受磁场影响变得易于开通的塞积，同时交变磁场导致的磁致振动产生了由内而外的动应力，振动则产生了由外而内的动应力，两种动应力相互耦合，使得大量的位错塞积得以开通，新的塞积难以形成，最后位错塞积减少，并且只形成了很少的新的位错塞积，表现在实际应用中的结果即是钢板在宽向与轧向的应力均明显下降。

附图说明

图1为本发明实施例的磁振复合时效残余应力消减装置结构图；

图2为本发明实施例的磁振复合时效残余应力消减装置结构图；

图3为本发明实施例的磁振复合时效残余应力消减装置结构图；

图4为本发明实施例的磁处理系统结构图；

图5为本发明实施例的磁处理系统结构图。

[主要元件符号说明]

1、振动时效系统；

2、磁处理系统；

3、振动台；

4、支撑框架；

5、张力施加机构；

6、第一样品连接件；

7、第二样品连接件；

8、激振头；

9、磁体；

10、磁控制器；

11、连接板；

12、连接绳索；

13、托盘；

14、连接板支撑件；

15、连接绳索支撑轴；

16、支撑框；

17、连接支杆；

18、支撑柱；

19、激振台面；

20、激振头连接孔；

21、连接固定架；

22、固定框；

23、磁体箱。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1至4所示，本发明实施例的一种磁振复合时效残余应力消减装置,所述磁振复合时效残余应力消减装置包括振动时效系统1和磁处理系统2，所述振动时效系统1包括振动台3、支撑框架4和张力施加机构5，所述支撑框架4设置在所述振动台3上方，所述支撑框架4与所述振动台3固定连接，所述支撑框架4设置有第一样品连接件6，所述张力施加机构5对应设置有第二样品连接件7，所述振动台3设置有激振头8，所述激振头8设置在所述第一样品连接件6和第二样品连接件7之间，所述磁处理系统2设置在振动台2上方的支撑框架4上，所述磁处理系统2包括磁体9和磁控制器10，所述磁体9与所述控制器10连接。

本发明实施例的磁振复合时效残余应力消减装置,通过电磁时效与振动时效的复合作用来完成残余应力均化。电磁时效过程中交变的磁场使得微观结构具有磁致塑性，磁致塑性可以使得钉扎物易于脱钉，塞积松动，易于开通，同时微观结构在交变磁场的作用下产生不同方向的磁致伸缩，导致发生磁致振动，使得位错塞积开通，而振动时效则通过外部施加的振动产生的动应力促使位错塞积开通，在此过程中，磁场产生的磁致塑性使得位错塞积更容易开通，而振动产生的由外而内的动应力不断地开通受磁场影响变得易于开通的塞积，同时交变磁场导致的磁致振动产生了由内而外的动应力，振动则产生了由外而内的动应力，两种动应力相互耦合，使得大量的位错塞积得以开通，新的塞积难以形成，最后位错塞积减少，并且只形成了很少的新的位错塞积，表现在实际应用中的结果即是钢板在宽向与轧向的应力均明显下降。

本发明为板带钢的残余应力消减提供了一种新方法，为不同轧制产线产品的生产工艺制定提供了新思路。

优选的，所述张力施加机构5包括连接板11、连接绳索12和托盘13，所述连接绳索12与所述托盘13和连接板11连接，所述连接板11远离连接绳索12的一端设置有所述第二样品连接件7。

本实施例中，通过设置张力施加机构能够对样品施加压力，通过设置连接板、连接绳索和托盘，能够在托盘上添加砝码等重物来调节张力的大小，从而适应不同的张力要求，提高装置的适应性。

优选的，所述支撑框架4设置有连接板支撑件14和连接绳索支撑轴15，所述连接板支撑件15设置在所述连接板11下方，所述连接板11与所述连接板支撑件14滑动连接，所述连接绳索12搭接在所述连接绳索支撑轴15上。优选的，连接绳索支撑轴上设置有连接绳索限位槽。

本实施例中，通过设置连接板支撑件能够有效对连接板进行支撑，从而避免样品被连接板压弯产生变形影响效果；通过设置连接绳索支撑轴能够将托盘重力转换为横向的拉伸力，通过设置连接绳索限位槽，能够避免连接绳索发生移动，从而有效保持张力的稳定。

优选的，所述支撑框架4包括支撑框16、连接支杆17和支撑柱18，所述支撑框16设置在所述振动台3上方，所述支撑框16与所述振动台3固定连接，所述支撑柱18两端分别与支撑框16和连接支杆17连接。

本实施例中，通过设置支撑框16、连接支杆17和支撑柱18在提高装置稳定性的同时，能够有效连接样品，并对样品提供张力、振动和磁场。

优选的，所述第一样品连接6件设置在支撑框16上，所述连接板支撑件14和连接绳索支撑轴15设置在所述连接支杆17上。

优选的，所述振动台3上表面为激振台面19，所述激振台面19均匀设置有激振头连接孔20，所述激振头8通过所述激振头连接孔20与所述激振台面19连接，所述激振头8以点、线或面的形式排列设置。

本实施例中，激振头8的头部根据需要有点、线或面三种不同的接触方式，能够根据需要提供多种不同的激振传导方式，从而研究不同工况下样品的应力消减。

优选的，所述磁处理系统2设置在所述支撑框架4上方，所述磁处理系统2与所述支撑框架4固定连接。

优选的，如图5所示，所述磁处理系统2设置有连接固定架21，所述磁体与所述连接固定架连接，所述磁处理系统通过所述连接固定架与所述支撑框架固定连接。优选的，所述连接固定架21包括固定框22和底部开口的磁体箱23，所述固定框22与所述支撑框架4固定连接，所述磁体箱23与所述固定框22滑动连接，所述磁体设置在所述磁体箱23内。

本实施例中，通过将磁体箱和所述固定框滑动连接，能够根据需要调整磁体位置和高度，从而提高系统灵活性和适应性。

优选的，所述磁体包括铁芯和绕组线圈，所述绕组线圈与所述磁控制器连接。

具体的，所述振动时效系统包括：振动台、固紧螺栓、支撑框、连接螺栓、激振头、连接支杆、连接螺栓、连接板支撑件、支撑柱、连接绳索支撑轴、托盘、支撑垫、激振台面、连接板、连接绳索、位置螺栓；支撑框与振动台通过套固紧螺栓连接，再将连接支杆通过相应位置的螺栓螺母连接在支撑框和支撑柱上，组成振动时效系统的支撑结构。通过连接板、钢丝绳及夹持装置和托盘连接，组成了对钢板的张力施加装置。振动控制器和驱动电源和振动台通过数据线连接；

该振动台可以是航天希尔LS系列振动试验台，所用到的是垂直振动试验台，台面尺寸为600mm*600mm，可用频率范围为5-2500Hz，最大加速度为883m/s²，额定正弦推力为4000kgf，主要功能是接受振动控制器的信号从而进行激振；

该固紧螺栓可以为GB/T 5783 M20×60的六角头螺栓，数量为四个，配合振动台和支撑框的相应位置的螺纹孔，将它们固定在一起。

该支撑框可以为通过规格为∠60×60×6的热轧等边角钢焊接而成，最大外形长、宽、高分别为720mm*60mm*430mm，数量为两个，并且在支架的相应位置开有螺纹孔，方便与振动台和连接支杆通过螺栓连接。

该连接螺栓可以为GB/T 5783 M10×50的六角头螺栓，数量根据样品钢板的尺寸而定；作用是通过相应位置上的螺纹孔，将样品钢板的一端固定在连接支杆上。

该激振头可以为底部带有螺纹的小圆柱，圆柱直径为20mm，有效长度为87mm；其头部根据需求不同分为点接触，线接触和面接触三种不同的形式；其作用是将振动台的激振效果传递到样品钢板上。

该连接支杆可以为通过规格为∠60×60×6和∠100×100×10的热轧等边角钢焊接而成，最大外形长、宽、高分别为1650mm*1100mm*100mm；其作用为整体的连接固定作用。一方面它与支撑框和支撑柱通过螺栓固紧，保证自身位置；另一方面样品钢板的一端也固定在连接支杆上，此外磁处理系统2也通过支撑腿、长横梁和支撑钢板固定连接在上面。

该样品钢板可以为待处理的样品钢板，其规格尺寸为宽度方向200mm-1000mm，长度方向300mm-700mm。钢板一端通过螺栓固定在连接支杆上，另一端固定在连接板上，从而实现张力的施加。

该连接螺栓可以为GB/T 5783 M16×50的六角头螺栓，数量根据样品钢板的尺寸而定；其作用是将样品钢板通过相应位置的螺纹孔固定在连接板上，从而实现对样品张力的施加。

该连接板支撑件可以为Q235钢板，其外形长、宽、高分别为1160mm*140mm*5mm；其作用是支撑连接板，防止其将样品钢板压弯变形。

该支撑柱可以为规格∠100×100×10的热轧等边角钢焊接而成，最大外形长、宽、高分别为340mm*340mm*1225mm，数量为四个；其作用为支撑功能，保证系统整体的稳定性。它上部通过螺栓与连接支杆连接。

该连接绳索支撑轴可以为油性钢丝绳，它一端与托盘相连，另一端与连接板相连，绕过连接绳索支撑轴，从而实现将托盘的重力转换为施加在样品钢板上的张力。

该支撑连接可以为规格∠60×60×6的热轧等边角钢，外形长、宽、高分别为470mm*60mm*60mm；其上两端有螺纹孔，作用是连接不同支撑柱，保证其稳定性。

该托盘可以为Q235钢板焊接件，最大外形长、宽、高分别为700mm*600mm*328mm；通过钢丝绳及夹持装置悬挂在连接绳索支撑轴上，作用是提供样品钢板的张力。

该支撑垫材料可以选为橡胶垫，大小与支撑柱底部面积相当，数量为四套；其作用是减小振动时效过程引起的地面振动。

该激振台面呈正方形，台面尺寸为600mm*600mm，上面均匀分布着直径为10mm的螺纹孔，可用来固定激振头。

该连接板可以为Q235钢板，其外形长、宽、高分别为1000mm*250mm*15mm，它一端有螺纹孔，可以与样品钢板连接；另一端固定于螺栓，钢丝绳绕过螺栓从而实现张力的施加。

该带槽圆柱可以为Q235钢材，圆柱直径为60mm，长度为1210mm，数量为两个；它可以固定在支撑柱上，并且通过位置螺栓实现为止的固定。

该位置螺栓可以为GB/T 5783 M12×50的六角头螺栓，数量为四个；其作用是保证带槽圆柱装配在支撑柱之后位置不会发生变化，保证系统的稳定性。

所述磁处理系统可以包括：连接固定架、磁体和磁控制器，连接固定架可以包括支撑腿、长横梁、固定钢板和短横梁；磁体可以包括铁芯、绕组线圈、和驱动电源，磁控制器可以为控制系统。它们之间的关系是：磁场由电磁铁通电形成，而电磁铁是由铁芯和绕组线圈组成的，最终通过驱动电源和控制系统实现对磁场的控制。电磁铁通过螺栓固定在固定钢板上，然后整体搭建在长横梁上，实现了磁处理系统的搭建。通过支撑腿固定在连接支杆上，实现了振动和磁处理的复合时效。

该长横梁可以为规格∠50×50×5的热轧等边角钢，长度为1160mm；其作用是实现对电磁铁的支撑功能。

该固定钢板可以为Q235钢板，其外形长、宽、高分别为480mm*350mm*5mm；它一方面电磁铁固定在上面，另一方面它可以固定在两个长横梁上。

该短横梁可以为Q235钢材，长度为350mm；它的作用是保证磁处理系统的稳定性。

该铁芯可以为3000W硅钢片铁芯，采用0.35mm厚硅钢片叠制而成，导磁率为1.5T。

该绕组线圈匝数可以选择为2040匝，将该励磁线圈缠于两臂上，每臂各1020圈。两线圈间采用顺向串联以保证磁路包围的两电流方向相同，这样可以实现两线圈绕组中的磁感应方向相同。

该驱动电源和控制系统可以呈长方体，属于自制设备，其中加入了变压器，其主要功能是为电磁体提供不同的参数。

本装置用于磁振复合时效消减残余应力简单工作流程如下：

(1)根据经验或者仿真结果选取合适的激振频率和张力等参数；

(2)将样品钢板一端固定在连接支杆上上，另一端与连接板连接，实现了张力的施加；

(3)将磁处理系统位置调节，保证电磁铁与样品钢板之间的距离合适；

(4)完成振动时效系统和磁处理系统的装配；

(5)根据制定的研究内容或者工艺流程进一步设定参数并实现对样品钢板的磁振复合时效处理。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种磁振复合时效残余应力消减装置,其特征在于，所述磁振复合时效残余应力消减装置包括振动时效系统和磁处理系统，所述振动时效系统包括振动台、支撑框架和张力施加机构，所述支撑框架设置在所述振动台上方，所述支撑框架与所述振动台固定连接，所述支撑框架设置有第一样品连接件，所述张力施加机构对应设置有第二样品连接件，所述振动台设置有激振头，所述激振头设置在所述第一样品连接件和第二样品连接件之间，所述磁处理系统设置在振动台上方的支撑框架上，所述磁处理系统包括磁体和磁控制器，所述磁体与所述控制器连接；其中，所述张力施加机构包括连接板、连接绳索和托盘，所述连接绳索与所述托盘和连接板连接，所述连接板远离连接绳索的一端设置有所述第二样品连接件；

其中，所述支撑框架设置有连接板支撑件和连接绳索支撑轴，所述连接板支撑件设置在所述连接板下方，所述连接板与所述连接板支撑件滑动连接，所述连接绳索搭接在所述连接绳索支撑轴上；

其中，所述支撑框架包括支撑框、支撑柱和连接支杆，所述支撑框设置在所述振动台上方，所述支撑框与所述振动台固定连接，所述连接支杆两端分别与支撑框和支撑柱连接；

其中，所述第一样品连接件设置在支撑框上，所述连接板支撑件和连接绳索支撑轴设置在所述连接支杆上；

其中，所述振动台上表面为激振台面，所述激振台面均匀设置有激振头连接孔，所述激振头通过所述激振头连接孔与所述激振台面连接，所述激振头以点、线或面的形式排列设置；

其中，所述磁处理系统设置在所述支撑框架上方，所述磁处理系统与所述支撑框架固定连接；

其中，所述磁处理系统设置有连接固定架，所述磁体与所述连接固定架连接，所述磁处理系统通过所述连接固定架与所述支撑框架固定连接；

其中，所述连接固定架包括固定框和底部开口的磁体箱，所述固定框与所述支撑框架固定连接，所述磁体箱与所述固定框滑动连接，所述磁体设置在所述磁体箱内；

其中，所述磁体包括铁芯和绕组线圈，所述绕组线圈与所述磁控制器连接。