CN106964668A - 一种超声消除残余应力的钢板矫平系统 - Google Patents

一种超声消除残余应力的钢板矫平系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的是一种超声消除残余应力的钢板矫平系统，包括辊式矫平机、液压控制系统、超声波残余应力检测及消除装置；辊式矫平机的辊组结构采用前后各5辊工作辊轮，中间引入一对导向辊。本发明的钢板矫平系统不仅能快速矫平钢板，还能消减钢板内部的残余应力和由于工作辊空滑导致的板料摺纹。使经过系统处理完的钢板面内处于零应力状态，之后不会因为残余应力累积而发生变形，大大提高了的钢板的使用寿命。这种超声消除残余应力的钢板矫平机系统在船体钢板的处理过程中节约了成本，提高了效率，具有很好的经济效益和发展前景。

Description

一种超声消除残余应力的钢板矫平系统
技术领域
本发明涉及一种钢板矫平系统，具体针对船用薄板设计的一套完整矫直系统，通过矫平机矫直和超声应力消除，改善钢板平直度并消除钢板残余应力，达到船用钢板作业前的要求。
背景技术
钢板残余应力消除的研究具有重要的实用意义和经济效益。钢板是工业生产中的重要产品，广泛应用于各行各业，也是船舶建造重要的原材料。钢板在轧制和运输过程中，难免会发生弯曲变形并产生残余应力，作为船舶外板，这样不仅会影响美观和产品质量，还会减少钢板的使用寿命并对其强度、疲劳寿命和尺寸稳定性产生严重的影响。虽然钢板可以通过现有平整及矫直加工作用实现矫平和减少残余应力，但不能有效控制其面内残余应力和板形缺陷，导致钢板在建造加工过程以及在今后的使用过程中，易发生变形，影响产品的质量。
目前国内还没有能够完全消除钢板残余应力的设备，通常消除残余应力有自然时效、热时效和振动时效三种方法，而振动时效工艺以低能耗、低成本、高效率、高环保等优点，逐步替代了工件的自然时效和热时效工艺。虽然已有人提出了残余应力超声无损检测与调控技术研究，通过实验可有效大幅减少构件内部残余应力，但仍然无法实现零应力，而本发明的矫平系统拟实现钢板面内应力的几乎完全消除。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声消除残余应力的钢板矫平系统，这是一套可提高钢板平直度以及消除其残余应力的矫平系统，可以为后期船舶建造提供高精度、高质量的钢材。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
超声消除残余应力的钢板矫平系统，包括辊式矫平机、液压控制系统、超声波残余应力检测及消除装置；
辊式矫平机采用两对分设于入口及出口的5辊工作辊和中间一对导向辊的辊组结构，且入口工作辊圆周速度小于中间导向辊，出口工作辊圆周速度大于中间导向辊；
液压控制系统包括控制器、安装在工作辊旁的厚度传感器、安装于矫平机中液压缸内的位置传感器和压力传感器，厚度传感器用于实时检测钢板残余曲率，位置传感器用于检测活塞杆端部位置，压力传感器用于检测液压缸两腔压差，将检测信息输入控制器，从而控制矫平机中伺服阀的开度来调节液压驱动元件；
超声波残余应力检测及消除装置设置于矫平机末端用于对矫平后的钢板进行残余应力的实时检测及消除。
本发明的有益效果是：本发明解决了钢板矫平后仍然存在残余应力的问题，使得钢板在使用过程中不会产生因应力释放而造成变形。矫直部分加入了预拉力，通过液压机构进行高速辊缝调整，并通过压下量及矫直力来实时控制钢板的弹复曲率(弹复曲率越小，残余应力也越小)从而获得需要的平直度和较小的残余应力，在系统中加入超声波残余应力消除装置，可在末端进行残余应力实时检测并实现几乎完全消除。这种超声消除残余应力钢板矫平系统不仅能为船舶建造提供高精度、高质量的钢材，同时也为钢板预处理生产线提供重要指标。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是压下控制系统结构框图；
图3是超声波检测和残余应力消除结构框图。
具体实施方式
本发明的钢板矫平系统，包括辊式矫平机、液压控制系统、超声波残余应力检测及消除装置；
辊式矫平机设备如图1所示，包括如下单元：机身1，下齿轮托架2，机架3，送料辊道4，调整梁6，上齿轮托架7，上托辊架8，固定梁9，压下装置10，底座15。机架3顶部的两端分别设置两个完全对称的上固定梁9并固定连接前、后上两个固定梁9通过两个互相平行的对称的连接杆固定连接。在前调整梁上设置有上齿轮托架7并与调整梁6固定连接，在机架3的底座15上部设置有下齿轮托架2，下齿轮托架2与机架3固定连接。压下装置10通过托辊架8与传动辊连接。辊组结构包括前排工作辊11、中间导向辊12和后排工作辊14，矫平辊轴头通过轴承与上齿轮托架7转动连接，上齿轮托架7与前调整梁6固定连接。
本发明是通过对普通辊式矫直机结构进行改进，在前排工作辊11和后排工作辊14之间加入了导向辊12实现牵引以及阻尼作用来对钢板实现拉力作用矫直，液压控制系统中引入了厚度传感器5，连接至控制器25，压下机构10的液压缸组装有位置传感器21和压力传感器22，其中，位置传感器装在活塞杆伸出位置，用于检测活塞杆伸出长度，压力传感器22装在液压缸两腔，用于检测两端压差。传感器数据通过A/D转换器连接控制器25，控制器与D/A转换器26直接相连，从而控制伺服阀27的开度来调节液压驱动元件28。通过液压压下机构10进行快速平稳地辊缝调整，并对压下量及矫直力实现闭环控制，减小钢板弹复曲率，从而获得需要的平直度和较小的残余应力。在系统末端传送带16上加入超声波残余应力检测及消除装置13，用来完成最后环节的面内残余应力几乎完全消除。
矫平机中前后各设置五个工作辊11和14，中间加入一对导向辊12，导向辊速度较前方工作辊速度高，钢板被拉紧，导向辊起牵引作用，当整形辊有空滑时，导向辊可以防止其间的钢板产生摺纹；较后方工作辊速度低，导辊与整形辊之间亦有拉力，导向辊起阻尼作用，这样会将大的摺纹拉直。
矫直机辊系中加入钢板厚度检测装置5，用来对钢板残余曲率实时检测，并传递数据至计算机23，作为下一辊压下量即反弯曲率计算参考，控制程序确定整形辊压下量及矫直力，通过液压缸28实现压下行程，从而实现残余应力的减小。
参见图2，矫直机压下系统10采用双闭环控制，位置闭环控制(即辊缝控制)和矫直力闭环控制。先通过位置闭环控制方式进行辊缝标定，矫直辊系压下时，位移传感器21检测活塞杆的实际位移，检测出的位移经A/D转换开关24反馈至计算机控制器25处理，从而得到偏差信号来对伺服阀27进行控制，通过D/A转换器26后驱动液压缸28；在压弯量达到设置要求时，辊系和钢板有了接触时，改用矫直力闭环控制，压力传感器22检测液压缸两腔压力差，用于精确控制矫直力达到控制精度并对系统进行过载保护。
超声波残余应力检测及消除装置可以包括：超声信号数据采集模块(包括：超声激励模块36、回波接收模块31、数据采集模块30、数字控制及数据通信模块35、38)、超声波应力检测探头(包括：超声收/发换能器32、33和声楔块)、外围设备(包括：自动检测行走机构37、应力检测探头夹持装置34、超声信号传输线缆，耦合剂)、软件系统41、设备的标定与校准系统41、工控机39等，其组成框图如图3所示。本超声信号数据采集模块工作原理为：超声激励模块36产生目标高压脉冲激励，超声换能器33产生超声波，接收换能器32检测到回波信号并将其传输到回波接收模块31，经过一系列信号处理后，数据采集模块30将包含有检测信息的数字量经由数字控制与数据通信模块35传输到工控机39，再进行相关数据处理，经过标定与校准40后的数据经过软件系统41运用声时差精确测量算法完成数据处理；同时在工作过程中，各模块的相关参数设置也是由工控机39通过数据通信与数字控制模块35完成。或者采用现有的任一种超声波残余应力检测及消除装置均可。
本发明的钢板矫平系统不仅能快速矫平钢板，还能消减钢板内部的残余应力和由于工作辊空滑导致的板料摺纹。使经过系统处理完的钢板面内处于零应力状态，之后不会因为残余应力累积而发生变形，大大提高了的钢板的使用寿命。这种超声消除残余应力的钢板矫平机系统在船体钢板的处理过程中节约了成本，提高了效率，具有很好的经济效益和发展前景。

Claims (1)

1.一种超声消除残余应力的钢板矫平系统，其特征在于，包括辊式矫平机、液压控制系统、超声波残余应力检测及消除装置；
辊式矫平机采用两对分设于入口及出口的5辊工作辊和中间一对导向辊的辊组结构，且入口工作辊(11)圆周速度小于中间导向辊(12)，出口工作辊(14)圆周速度大于中间导向辊(12)；
液压控制系统包括控制器(25)、安装在工作辊旁的厚度传感器(5)、安装于矫平机中液压缸内的位置传感器(21)和压力传感器(22)，厚度传感器(5)用于实时检测钢板残余曲率，位置传感器(21)用于检测活塞杆端部位置，压力传感器(22)用于检测液压缸两腔压差，将检测信息输入控制器(25)，从而控制矫平机中伺服阀(27)的开度来调节液压驱动元件(28)；
超声波残余应力检测及消除装置设置于矫平机末端用于对矫平后的钢板进行残余应力的实时检测及消除。
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