CN106181013A - 一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法 - Google Patents

一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法 Download PDF

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单德彬
郭斌
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Abstract

一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，本发明涉及及裂纹修复技术领域，具体涉及一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法。本发明是要解决现有方法在处理管状零件存在的裂纹时，存在加持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性的问题。方法：将待处理金属管件放置于螺旋线圈的内部区域或外部区域，螺旋线圈与电源的输出端相连；打开电源，使得待处理金属管件内部产生电涡流，电涡流的最大电流密度大于等于1000A/m2；通电0.1ms～3s后关闭电源。本发明用于修复金属管件中裂纹。

Description

一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法
技术领域
本发明涉及及裂纹修复技术领域，具体涉及一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法。
背景技术
现代工业中，金属作为主要原材料被广泛应用于军事、航空、航天、船舶、车辆运输、机械制造等许多工程领域。金属材料构件在制造和使用过程中由于种种原因会出现裂纹，裂纹的扩展导致结构件还远没有达到材料的强度极限就发生断裂破坏，从而给实际生产和生活带来不可估量的损失。
现有技术中，比较常见的一种裂纹止裂及修复的方法是利用脉冲电流对金属进行处理。当电流密度较大的脉冲电流经过裂纹时，裂纹的部分区域得到焊合，从而将裂纹的部分区域修复，同时阻止了裂纹的进一步扩展，到达了止裂及修复的效果。这种方法具有修复快，对周围区域影响小的优点。但是，由于脉冲电流密度较大，对于非平板类的零件，特别是管状的零件，存在加持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性的问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有方法在处理管状零件存在的裂纹时，存在加持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性的问题，而提供一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法。
本发明一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法具体是按以下步骤进行：
将待处理金属管件放置于螺旋线圈的内部区域或外部区域，螺旋线圈与电源的输出端相连；打开电源，使得待处理金属管件内部产生电涡流，电涡流的最大电流密度大于等于1000A/m2；通电0.1ms～3s后关闭电源。
优选地，所述待处理金属管件的厚度δ满足公式：其中，ρ为待处理金属管件的电阻率，f为电涡流的频率，μy为待处理金属管件的相对磁导率。
优选地，所述待处理金属管件与螺旋线圈同轴设置。
优选地，所述待处理金属管件的材质为碳钢。
优选地，所述电源输出的电流为交流电。
优选地，所述待处理金属管件中存在的裂纹为表面裂纹。
优选地，所述待处理金属管件的材质为不锈钢。
优选地，所述待处理金属管件中存在的裂纹为淬火裂纹。
优选地，所述螺旋线圈为铜线圈。
优选地，所述电源为中频感应加热电源。
本发明的有益效果：
本发明采用电涡流的方式修复金属管件中的裂纹，实现了对安全高效地对金属管件中的裂纹进行修复。该方法具有安装和操作简便、处理时间短，且可通过逐步分段连续处理实现超长管中裂纹的止裂和修复处理。
附图说明
图1为本发明一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法的流程示意图；
图2为实施例一螺旋线圈与待处理金属管件的配合示意图；其中10为螺旋线圈，20为待处理金属管件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。
为了解决金属管件中的裂纹的止裂与修复问题，本发明发明人提出了利用电涡流止裂的方法。在现有技术中，电涡流经常被作为一种检测金属缺陷的手段活着感应加热的方法，在检测金属缺陷的方法中所用的电涡流非常小，以避免发热对材料产生影响。而在感应加热中，为了保持感应加热的平稳可控，电涡流也比较小，经过一段相对较长的加热时间，可以实现对零件的加热。但是本发明的发明人发现，在较大的电流密度的电涡流的处理下，金属材料中的裂纹可以获得修复。
实施例一:
本发明实施例1提供了一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法。图1为本发明一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法的流程示意图，如图1所示，一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，包括以下步骤：
S1：将待处理金属管件放置于螺旋线圈的内部区域或外部区域，螺旋线圈与电源的输出端相连。
这里的电源用于输出变化的电流，而当变化的电流输入到螺旋线圈的时候，根据电磁感应定律，放置于螺旋线圈的内部或者外部区域的金属管件内部会感应出电涡流。为了减少输出电流的损耗，螺旋线圈的材质为铜，并且为了便于散热，螺旋线圈为中空的铜管，铜管中心可以通水以散热。
具体地，本实施例中，电源为中频感应加热电源，金属管件为碳钢材质，碳钢是一种 铁磁性材质，相对于一般的金属材料更容易产生感应电流。金属管件内包括若干裂纹，这种裂纹可以是淬火裂纹、疲劳裂纹等，在实际生产中，金属管件中出现的裂纹一般都是杂乱无章的出现的，各个取向的都有。而由于铁磁性材料在变化电场中存在着集肤效应，因此优选地，金属管件中裂纹为表面裂纹，会具有更好的修复效果。
优选地，本实施例中电源输出的电流为交流电，交流电可以直接从外接电网获得，相对稳定，并且能在碳钢内部产生较大的电涡流。
图2为为实施例一螺旋线圈与待处理金属管件的配合示意图，如图2所示，螺旋线圈10与金属管件20同轴分布，这种配合方式使得金属管件20中的电涡流更加均匀，而且这种配合方式不存在金属管件20加持的问题，只需要固定就可以，因此是一种优选的配合方式。螺旋线圈10与金属管件20之间具有一定的间隙，以避免电流传导至金属管件20上。螺旋线圈10的覆盖金属管件20的中间区域，该区域具有裂纹。
S2、打开电源，电源输出的电流会从输入螺旋线圈10，会使得金属管件20内部产生电涡流。在电涡流的应用中，现有技术为了控制电涡流的热效应等，使用的电涡流电流密度都较小，而本发明的发明人将电涡流的最大电流密度控制在大于等于1000A/m2，使得电涡流对裂纹具有愈合作用。电涡流的电流密度可以通过公式计算、数值模拟等方法获得。
S3、通电0.1ms至3s后关闭电源。
在现有技术电涡流的感应加热等应用中，人们发现电涡流加热的时间越长，加热效果越好，但是本发明的发明人发现在利用电涡流修复时，随着修复时间的增长修复效果反而下降。这种现象与电涡流修复机制有关：电涡流在裂纹周围的局部产生热量，而使得裂纹与基体之间产生温度差，由温度差导致的压缩应力使得裂纹得到愈合，而当电涡流处理的时间过长，就会使得金属管件20的传热更均匀，裂纹与基体之间的温度差反而会变小。
经过本实施例中的电涡流处理，金属管件20的裂纹得到了修复，同时提高了金属管件20的止裂性能。这种止裂及修复作用不需要探测裂纹的具体位置，就可以对裂纹进行修复及止裂。
需要说明的是，在金属管件的修复试验中，由于集肤效应的存在，电涡流的密度沿金属管件的表面向内逐渐降低，因此优选地，所述待处理金属管件的厚度δ满足公式：其中，ρ为待处理金属管件的电阻率，f为电涡流的频率，μy为待处理金属管件的相对磁导率。
这个厚度范围集中了电涡流80％的能量，因此厚度满足上述公式的金属管件可以被完全修复。
另外，对于长度较长的管件，可以设置一螺旋线圈移动装置，通过螺旋线圈10的移动来实现对金属管件不同区域的加热，从而对整个金属管件进行电涡流处理。
在现有技术中，电涡流感应加热基本上只应用于碳钢等铁磁性材料，而本发明的发明人将电流密度控制在1000A/m2以上时，也可以对不锈钢等材料进行修复。不锈钢的裂纹表面不容易氧化，更加适合修复。

Claims (10)

1.一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于金属管件中裂纹的止裂及修复方法具体是按以下步骤进行：
将待处理金属管件放置于螺旋线圈的内部区域或外部区域，螺旋线圈与电源的输出端相连；打开电源，使得待处理金属管件内部产生电涡流，电涡流的最大电流密度大于等于1000A/m2；通电0.1ms～3s后关闭电源。
2.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述待处理金属管件的厚度δ满足公式：其中，ρ为待处理金属管件的电阻率，f为电涡流的频率，μy为待处理金属管件的相对磁导率。
3.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述待处理金属管件与螺旋线圈同轴设置。
4.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述待处理金属管件的材质为碳钢。
5.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述电源输出的电流为交流电。
6.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述待处理金属管件中存在的裂纹为表面裂纹。
7.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述待处理金属管件的材质为不锈钢。
8.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述待处理金属管件中存在的裂纹为淬火裂纹。
9.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述螺旋线圈为铜线圈。
10.根据权利要求1所述的一种金属管件中裂纹的止裂及修复方法，其特征在于所述电源为中频感应加热电源。
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