CN107931948A - 一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置及方法，涉及微裂纹的止裂及修复领域。本发明是为了解决现有的裂纹止裂及修复的方式，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，存在夹持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性，另外，现有利用感应加热电源来对金属管件内的裂纹进行修复，但是这种方法对非铁磁性材料金属管件的修复效果较差的问题。脉冲电源在1KV～20KV的放电电压下对螺旋线圈放电，而利用固定夹具夹紧金属管件，限制了螺旋线圈对金属管件的挤压产生的变形，从而实现对金属管件微裂纹的止裂及修复。它用于对非铁磁性金属管件的微裂纹进行修复。

Description

一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置及方法
技术领域
本发明涉及一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置及方法。属于微裂纹的止裂及修复领域。
背景技术
在现代工业中，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，存在夹持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性的问题。另外，现有技术利用感应加热电源来对金属管件内的裂纹进行修复，但是这种方法对非铁磁性材料的金属管件的修复效果较差。
发明内容
本发明是为了解决现有的裂纹止裂及修复的方式，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，存在夹持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性，另外，现有利用感应加热电源来对金属管件内的裂纹进行修复，但是这种方法对非铁磁性材料金属管件的修复效果较差的问题。现提供一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置及方法。
一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置，它包括脉冲电源110、螺旋线圈120和固定夹具130，
金属管件140嵌套且贴合在固定夹具130的内部，螺旋线圈120嵌套且贴合在金属管件140的内部，
脉冲电源110为螺旋线圈120供电，脉冲电源110采用电容器111实现对螺旋线圈120放电，固定夹具130用于限制螺旋线圈120对金属管件140的挤压产生的变形；电容器111的放电电压为1KV 20KV。
优选地，固定夹具130的材质为不锈钢或者树脂材料。
优选地，螺旋线圈120包括绝缘层121和铜线122，
绝缘层121的内部包裹着铜线122，绝缘层121嵌套且贴合在金属管件140的内部。
优选地，螺旋线圈120为铜线圈。
优选地，脉冲电源110还包括开关112、电感113和电阻114，
开关112的一端和电感113的一端分别连接螺旋线圈120的两端，开关112的另一端连接电容器111的一端，电容器111的另一端连接电阻114的一端，电阻114的另一端连接电感113的另一端；
电感113和电容器111组成LC振荡电路，用于产生正弦衰减分布的脉冲电流；电阻114用于调整脉冲电流的大小；开关112用于控制电源的开或关。
一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复方法，该方法是基于一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置实现的，该方法为：
脉冲电源110在1KV～20KV的放电电压下对螺旋线圈120放电，而利用固定夹具130夹紧金属管件140，限制了螺旋线圈120对金属管件140的挤压产生的变形，从而实现对金属管件140微裂纹的止裂及修复。
本发明的有益效果为：
本申请的脉冲电源采用电容器对螺旋线圈进行放电，使金属管件内部感应出电涡流和洛仑兹力，当脉冲电源中电容器的放电电压为1KV～20KV时，电涡流绕流裂纹，会在裂纹处产生足够高的温度，使得裂纹处融化并产生热压缩应力而使得微裂纹愈合。而洛仑兹力会使金属管件产生变形，因此本申请设置了固定夹具以限制金属管件的变形，同时洛伦兹力挤压金属管件的侧壁，使得微裂纹更容易被修复。为了实现较好的效果，金属管件与固定轴的外表面贴合。金属管件与固定夹具内部的固定槽的表面贴合；为了实现较高的转换效率。金属管件与螺旋线圈外侧贴合，为了保护螺旋线圈。螺旋线圈的表面覆盖有绝缘层，其包裹内部的铜线。另外，螺旋线圈与金属管件同轴放置也有利于能量利用率的提高。
本申请能够实现高效地对金属管件中的微裂纹裂纹进行修复，同时不改变金属管件的形状与组织。与现有技术相比修复效率提高了5倍以上。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖面图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
在现有技术中，利用脉冲电流对金属进行处理的方法，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，存在夹持比较困难，容易出现接触不良，操作存在一定危险性的问题。另外，现有技术利用感应加热电源来对金属管件内的微裂纹进行修复，但是这种方法对非铁磁性材料的金属管件的修复效果较差，并且这种方法是一种连续加热过程，热影响区比较大。相对于钢等铁磁性材料，镁合金、钛合金、铝合金等非铁磁性材料的磁感应能力较弱，现有技术中的感应加热电源等类型的电源一般都难以在镁合金管件内部产生足够大的电流。在本申请中，通过采用1-20KV高电压脉冲电源可以对螺旋线圈进行短时间放电在非铁磁性管件内部感应出电涡流。当电涡流绕流非铁磁性管件内部的微裂纹，会对微裂纹愈合作用。针对上述技术缺陷，本发明实施例提出了一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置及方法。
实施例一：
图1显示了实施例一中一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置的结构示意图。图2显示了图1中A-A的剖面图。该装置用于对非铁磁性金属管件中出现的微裂纹进行止裂及修复。该装置可以用于对镁合金管件、不锈钢管件、钛合金管件、铝合金管件等进行止裂及修复。
参照图1和图2，以对镁合金管件的微裂纹进行修复为例来说明本实施例，本实施例一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置包括脉冲电源110、螺旋线圈120和固定夹具130，
镁合金管件嵌套且贴合在固定夹具130的内部，螺旋线圈120嵌套且贴合在镁合金管件的内部，这里的镁合金管件是通过旋压制备而成，当然在本发明的其他实施例中，镁合金还是通过其他方式制备，例如挤压、胀形等。
脉冲电源110为螺旋线圈120供电，脉冲电源110采用电容器111实现对螺旋线圈120放电，固定夹具130用于限制螺旋线圈120对镁合金管件的挤压产生的变形；电容器111的放电电压为1KV～20KV。
螺旋线圈120为铜线圈，有利于减小电阻的损耗。
下面以包括脉冲电源110、螺旋线圈120和固定夹具130的一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置为例来说明本实施例一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置的工作原理。
在实际应用时，螺旋线圈120的外径根据镁合金管件的内径而定，固定夹具130的内径根据镁合金管件的外径而定，在实际应用时，根据镁合金管件的规格来选择相应尺寸的螺旋线圈120和固定夹具130与镁合金管件进行贴合。
在实际生产中，镁合金管件的内部会出现微裂纹，这些微裂纹的尺度非常小，远小于疲劳裂纹等宏观裂纹的尺度而难以修复。
在实施例中，脉冲电源110通过对螺旋线圈120放电在镁合金管件内部感应出电涡流。当电涡流绕流镁合金管件内部的微裂纹，会在裂纹产生绕流而在此处产生温度升高。但是在对镁合金管件进行修复时，镁合金管件是顺磁性的材料，在现有技术中，镁合金管件一般不会用感应方式处理，并且现有技术中的感应加热电源等类型的电源一般都难以在镁合金管内部产生足够大的电流。因此，本实施例对镁合金管件进行修复的方式为：将脉冲电源110中的电容器的放电电压控制在1KV～20KV内，在该放电电压下，脉冲电源110采用电容器111对螺旋线圈120进行放电，使镁合金管内部感应出电涡流，当电涡流绕流至镁合金管内部的微裂纹时，使微裂纹处的温度升高，使得裂纹处融化并产生热压缩应力而使得微裂纹愈合。但是同时镁合金管件在电磁场中会受到洛仑兹力会使得镁合金管件产生变形。因此，本实施例中设置了固定夹具130以限制镁合金管的变形，同时洛伦兹力挤压镁合金管的侧壁，使得微裂纹更容易被修复。为了实现较好的效果，使镁合金管与固定夹具130内部贴合。为了实现较高的转换效率，使镁合金管与螺旋线圈120外侧贴合。但是为了保护螺旋线圈120，使螺旋线圈120的表面覆盖有绝缘层121，其包裹内部的铜线122。另外，螺旋线圈120与镁合金管同轴放置也有利于能量利用率的提高。
本实施例中，电容器111的放电会在非常短的时间完成，因此虽然在镁合金管内感应出的电涡流非常大，但是只是在裂纹处集中产热，就会对微裂纹进行修复，而宏观上的温度远低于材料熔点，不会对材料的组织产生影响，这也是现有技术中的电源无法实现的。但是当电容器111的放电电压大于20KV时，宏观上镁合金管内的热量太高，有可能在产生局部过热，烧坏镁合金管件，因此电容器111的放电电压不能过大。
此外，为了减小固定夹具130内部在处理过程中的发热，固定夹具130的材质选择为不锈钢或树脂材料等。
基于上述分析，可见本实施例一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置可带来如下有益效果：
本申请能够实现高效地对镁合金管件中的微裂纹裂纹进行修复，同时不改变镁合金管件的形状与组织。
实施例二：
图1显示了实施例一中一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置的结构示意图。图2显示了图1中A-A的剖面图。该装置用于对非铁磁性金属管件中出现的微裂纹进行止裂及修复。该装置可以用于对镁合金管件、不锈钢管件、钛合金管件、碳钢管件、铝合金管件等进行止裂及修复。
参照图1和图2，以对镁合金管件的微裂纹进行修复为例来说明本实施例，本实施例一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复方法，该方法是基于一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置实现的，该方法为：
脉冲电源110在1KV～20KV的放电电压下对螺旋线圈120放电，使镁合金管件内部感应出电涡流和洛仑兹力，该电涡流绕流到镁合金管件内部的微裂纹处，使裂纹处的温度升高，使得微裂纹处融化并产生热压缩应力而实现微裂纹愈合，同时通过洛仑兹力挤压镁合金管件侧壁，使得微裂纹更易愈合，而利用固定夹具130夹紧镁合金管件，限制了洛仑兹力对镁合金管件的挤压产生的变形，从而实现对镁合金管件微裂纹的止裂及修复。
基于上述分析，可见本实施例一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复方法可带来如下有益效果：
本申请能够实现高效地对镁合金管件中的微裂纹裂纹进行修复，同时不改变镁合金管件的形状与组织。

Claims (6)

1.一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置，其特征在于，它包括脉冲电源(110)、螺旋线圈(120)和固定夹具(130)，
金属管件(140)嵌套且贴合在固定夹具(130)的内部，
螺旋线圈(120)嵌套且贴合在金属管件(140)的内部，
脉冲电源(110)为螺旋线圈(120)供电，脉冲电源(110)采用电容器(111)实现对螺旋线圈(120)放电，固定夹具(130)用于限制螺旋线圈(120)对金属管件(140)的挤压产生的变形；电容器(111)的放电电压为1KV～20KV。
2.根据权利要求1所述一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置，其特征在于，固定夹具(130)的材质为不锈钢或者树脂材料。
3.根据权利要求1所述一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置，其特征在于，螺旋线圈(120)包括绝缘层(121)和铜线(122)，
绝缘层(121)的内部包裹着铜线(122)，绝缘层(121)嵌套且贴合在金属管件(140)的内部。
4.根据权利要求1所述一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置，其特征在于，螺旋线圈(120)为铜线圈。
5.根据权利要求1所述一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置，其特征在于，脉冲电源(110)还包括开关(112)、电感(113)和电阻(114)，
电感(113)和电容器(111)组成LC振荡电路，用于产生正弦衰减分布的脉冲电流；电阻(114)用于调整脉冲电流的大小；开关(112)用于控制电源的开或关。
6.一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复方法，该方法是基于权利要求1所述的一种非铁磁性金属管件中微裂纹的修复装置实现的，其特征在于，该方法为：
脉冲电源(110)在1KV～20KV的放电电压下对螺旋线圈(120)放电，而利用固定夹具(130)夹紧金属管件(140)，限制了螺旋线圈(120)对金属管件(140)的挤压产生的变形，从而实现对金属管件(140)微裂纹的止裂及修复。
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