CN108796207A - 一种消除焊接残余应力的智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接残余应力消除技术领域，更确切的是涉及一种消除焊接残余应力的智能控制系统，包括控制端和执行端；控制端包括依次连接的上位机系统、信号发生器和功率放大器；执行端包括电磁激振器和X射线衍射仪，其中，X射线衍射仪与上位机系统连接，上位机系统用于根据X射线衍射仪的残余应力检测结果，通过信号发生器和功率放大器对电磁激振器的高频振动冲击参数进行调节。通过本发明的技术方案，不仅能够通过局部高频振动冲击消除残余应力，还能够根据残余应力水平确定振动冲击参数，取得最佳的残余应力消除效果。本发明还请求保护一种消除焊接残余应力的智能控制方法。

Description

一种消除焊接残余应力的智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及焊接残余应力消除技术领域，更确切的是涉及一种消除焊接残余应力的智能控制系统及方法。

背景技术

由于焊接过程中存在不均匀的温度变化和金属相变，不可避免地在焊接热影响区产生残余应力，焊接残余应力将会导致焊接结构微裂缝，直接威胁焊接结构的服役可靠性，引起的焊接变形显著影响焊接结构的尺寸精度，因此，如何改善和消除焊接残余应力成为提高焊接结构性能的关键。

目前，热处理、锤击法或喷丸法等方法残余应力消除效果难以保证，而且设备复杂、能耗高、随机性强。为了更好的解决上述问题，高频振动冲击技术得以广泛应用，其通过对工件施以冲击振动式高频载荷调控残余应力，具有设备简单、节能环保和高效节时等特点。

然而，由于高频激振器驱动能力有限，对焊接构件进行整体激振难以保证残余应力消除效果；高频振动冲击参数的设置主要依靠经验和试错法，无法根据残余应力大小调整参数来实现对焊接构件实施充分且安全的振动冲击处理。因此寻求一种既满足消除残余应力的需要，又避免过度冲击造成疲劳损伤风险的消除焊接残余应力的方式成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种消除焊接残余应力的智能控制系统及方法，使其更具有实用性。

发明内容

针对现有技术上的不足，本发明提供了一种用于消除焊接残余应力的智能控制系统及方法，不仅能够通过局部高频振动冲击消除残余应力，还能够根据残余应力水平确定振动冲击参数，取得最佳的残余应力消除效果。

本发明的技术方案为：

一种消除焊接残余应力的智能控制系统，包括控制端和执行端；所述控制端包括依次连接的上位机系统、信号发生器和功率放大器；所述执行端包括电磁激振器和X射线衍射仪，其中，所述X射线衍射仪与所述上位机系统连接，所述上位机系统用于根据所述X射线衍射仪的残余应力检测结果，通过所述信号发生器和功率放大器对所述电磁激振器的高频振动冲击参数进行调节。

进一步地，所述电磁激振器和X射线衍射仪固定于箱体内，二者顶部超出所述箱体顶部，且二者相对于所述箱体底部高度独立可调节设置；

其中，所述箱体设置于底部框架上，且所述箱体在第一动力装置的作用下沿所述底部框架的横向边框移动，所述底部框架在第二动力装置的作用下沿纵向设置的轨道移动，所述电磁激振器和X射线衍射仪的高度调节动力装置、第一动力装置和第二动力装置均与所述上位机系统连接。

进一步地，所述电磁激振器和X射线衍射仪的高度调节动力装置、第一动力装置和第二动力装置均包括伺服电机与丝杆组件。

进一步地，所述X射线衍射仪底部与所述箱体底面之间设置有滑道，所述滑道平行于所述横向边框设置，所述X射线衍射仪在第三动力装置的作用下沿所述滑道移动。

进一步地，所述第三动力装置包括伺服电机与丝杆组件。

进一步地，所述电磁激振器顶部设置有高频振动能量放大装置，所述高频振动能量放大装置包括圆形的顶板和底板，以及对二者圆心进行连接的连杆，所述底板固定于所述电磁激振器的激振台面上；

其中，所述连杆的横截面面积小于所述顶板和底板的横截面面积，同时，所述顶板的横截面面积小于所述底板的横截面面积。

进一步地，所述顶板顶部设置有等截面面积的垫板。

一种消除焊接残余应力的智能控制方法，包括以下步骤：

步骤1：调节电磁激振器和X射线衍射仪的位置，使得所述电磁激振器的能量释放端，以及所述X射线衍射仪的探头处于焊缝的正下方；

步骤2：调节所述电磁激振器和X射线衍射仪的高度，使得所述电磁激振器的能量释放端与焊接构件下表面接触，所述X射线衍射仪的探头与所述焊接构件下表面距离为设计值；

步骤3：同步带动所述电磁激振器和X射线衍射仪移动，当所述X射线衍射仪检测到预定残余应力消除位置时停止运动进行锁定；

步骤4：所述X射线衍射仪在锁定位置处，对焊缝垂直方向的测点进行残余应力检测；

步骤5：根据残余应力检测结果，确定所述电磁激振器的高频振动冲击频率和幅值，并通过高频振动能量作用到焊接区域表面，进行残余应力的消除。

由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明将高频振动冲击能量施加到焊接构件表面局部区域，弥补了整体激振残余应力消除效果不良的不足；并且克服了现有高频振动冲击技术消除焊接残余应力存在的随机性、凭经验等问题，根据残余应力检测结果动态调整高频振动冲击参数，既满足消除残余应力的需要，又避免过度冲击造成疲劳损伤的风险；同时，本发明残余应力检测和消除过程均为智能控制，减少了人员工作量，提高了工作效率，具有精度高、低能耗的优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中消除焊接残余应力的智能控制系统的框架图；

图2为本发明中消除焊接残余应力的智能控制系统执行端的结构示意图；

附图标记：轨道1、底部框架2、横向边框21、箱体3、X射线衍射仪4、上位机系统5、信号发生器6、功率放大器7、电磁激振器8、高频振动能量放大装置9、顶板91、底板92、连杆93、垫板94、滑道10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种消除焊接残余应力的智能控制系统，包括控制端和执行端；控制端包括依次连接的上位机系统5、信号发生器6和功率放大器7；执行端包括电磁激振器8和X射线衍射仪4，其中，X射线衍射仪4与上位机系统5连接，上位机系统5用于根据X射线衍射仪4的残余应力检测结果，通过信号发生器6和功率放大器7对电磁激振器8的高频振动冲击参数进行调节。

其中，电磁激振器8和X射线衍射仪4固定于箱体3内，二者顶部超出箱体3顶部，且二者相对于箱体3底部高度独立可调节设置；箱体3设置于底部框架2上，且箱体3在第一动力装置的作用下沿底部框架2的横向边框21移动，底部框架2在第二动力装置的作用下沿纵向设置的轨道1移动，电磁激振器8和X射线衍射仪4的高度调节动力装置、第一动力装置和第二动力装置均与上位机系统5连接，具体的，电磁激振器8和X射线衍射仪4的高度调节动力装置、第一动力装置和第二动力装置均包括伺服电机与丝杆组件。

X射线衍射仪4底部与箱体3底面之间设置有滑道10，滑道10平行于横向边框21设置，X射线衍射仪4在第三动力装置的作用下沿滑道10移动，其中，第三动力装置包括伺服电机与丝杆组件。

为了对高频振动能量进行放大，电磁激振器8顶部设置有高频振动能量放大装置9，高频振动能量放大装置9包括圆形的顶板91和底板92，以及对二者圆心进行连接的连杆93，底板92固定于电磁激振器8的激振台面上；其中，所述连杆93的横截面面积小于顶板91和底板92的横截面面积，同时，顶板91的横截面面积小于底板92的横截面面积；顶板91顶部设置有等截面面积的垫板94，垫板材料为具有一定硬度、强度和疲劳寿命的金属或非金属材料。同时，垫板与高频振动能量放大装置的顶板91分体装配式连接，可根据情况进行更换。

具体实施时，上述消除焊接残余应力的智能控制系统采用以下控制方法，包括以下步骤：

步骤1：将上述智能控制系统组装完成，通过上位机系统5控制第一动力装置和第二动力装置中的伺服电机，通过丝杆组件带动箱体3横向和纵向组合运动，使得电磁激振器8的能量释放端，以及X射线衍射仪4的探头处于焊缝的正下方；

步骤2：通过上位机系统5控制X射线衍射仪4和电磁激振器8二者底部的高度调节动力装置中的伺服电机，通过丝杆组件分别独立调节电磁激振器8和X射线衍射仪4的高度，使得电磁激振器8的能量释放端与焊接构件下表面接触，X射线衍射仪4的探头与焊接构件下表面距离为设计值；

步骤3：通过第一动力装置和第二动力装置同步带动电磁激振器8和X射线衍射仪4移动，当X射线衍射仪4检测到预定残余应力消除位置时停止运动进行锁定；

步骤4：X射线衍射仪4在锁定位置处，通过第三动力装置中伺服电机的作用，在丝杆组件的带动下对焊缝垂直方向的测点进行残余应力检测；

步骤5：上位机系统5根据残余应力检测结果，确定电磁激振器8的高频振动冲击频率和幅值，控制信号发生器6输出正弦激励信号，通过功率放大器7增益调节后，启动电磁激振器8，电磁激振器8产生高频振动通过高频振动能量放大装置9作用到焊接区域表面，进行残余应力的消除，其中，电磁激振器8的激振频率可达到10kHz以上，满足残余应力消除高频振动冲击频率要求；

步骤6：底部框架2沿轨道1移动，带动箱体纵向移动，到达下一个残余应力消除位置时，重复上述步骤，直到纵向焊缝残余应力消除结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，包括控制端和执行端；所述控制端包括依次连接的上位机系统（5）、信号发生器（6）和功率放大器（7）；所述执行端包括电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4），其中，所述X射线衍射仪（4）与所述上位机系统（5）连接，所述上位机系统（5）用于根据所述X射线衍射仪（4）的残余应力检测结果，通过所述信号发生器（6）和功率放大器（7）对所述电磁激振器（8）的高频振动冲击参数进行调节。

2.根据权利要求1所述的消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，所述电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4）固定于箱体（3）内，二者顶部超出所述箱体（3）顶部，且二者相对于所述箱体（3）底部高度独立可调节设置；

其中，所述箱体（3）设置于底部框架（2）上，且所述箱体（3）在第一动力装置的作用下沿所述底部框架（2）的横向边框（21）移动，所述底部框架（2）在第二动力装置的作用下沿纵向设置的轨道（1）移动，所述电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4）的高度调节动力装置、第一动力装置和第二动力装置均与所述上位机系统（5）连接。

3.根据权利要求2所述的消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，所述电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4）的高度调节动力装置、第一动力装置和第二动力装置均包括伺服电机与丝杆组件。

4.根据权利要求2所述的消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，所述X射线衍射仪（4）底部与所述箱体（3）底面之间设置有滑道（10），所述滑道（10）平行于所述横向边框（21）设置，所述X射线衍射仪（4）在第三动力装置的作用下沿所述滑道（10）移动。

5.根据权利要求4所述的消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，所述第三动力装置包括伺服电机与丝杆组件。

6.根据权利要求2所述的消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，所述电磁激振器（8）顶部设置有高频振动能量放大装置（9），所述高频振动能量放大装置（9）包括圆形的顶板（91）和底板（92），以及对二者圆心进行连接的连杆（93），所述底板（92）固定于所述电磁激振器（8）的激振台面上；

其中，所述连杆（93）的横截面面积小于所述顶板（91）和底板（92）的横截面面积，同时，所述顶板（91）的横截面面积小于所述底板（92）的横截面面积。

7.根据权利要求6所述的消除焊接残余应力的智能控制系统，其特征在于，所述顶板（91）顶部设置有等截面面积的垫板（94）。

8.一种消除焊接残余应力的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：调节电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4）的位置，使得所述电磁激振器（8）的能量释放端，以及所述X射线衍射仪（4）的探头处于焊缝的正下方；

步骤2：调节所述电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4）的高度，使得所述电磁激振器（8）的能量释放端与焊接构件下表面接触，所述X射线衍射仪（4）的探头与所述焊接构件下表面距离为设计值；

步骤3：同步带动所述电磁激振器（8）和X射线衍射仪（4）移动，当所述X射线衍射仪（4）检测到预定残余应力消除位置时停止运动进行锁定；

步骤4：所述X射线衍射仪（4）在锁定位置处，对焊缝垂直方向的测点进行残余应力检测；

步骤5：根据残余应力检测结果，确定所述电磁激振器（8）的高频振动冲击频率和幅值，并通过高频振动能量作用到焊接区域表面，进行残余应力的消除。