CN110125611A - 一种导电构件裂纹修复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种导电构件裂纹修复方法及装置，涉及裂纹修复技术领域。所述导电构件裂纹修复方法包括对导电构件两端施加电信号，以及在施加所述电信号的同时，在所述导电构件的裂纹处施加机械能，所述机械能由超声波转换得到。本申请通过电信号与超声波转换的机械能同时作用于待修复的导电构件，电信号在裂纹处产生焦耳热效应和电致塑性效应使得裂纹区域软化；同时经超声波转换得到的机械能作用于导电构件裂纹处，有助于裂纹周围材料塑性填充裂纹间隙，可实现对导电构件内部裂纹的修复，提高裂纹修复效果。

Description

一种导电构件裂纹修复方法及装置

技术领域

本申请属于构件裂纹修复技术领域，尤其涉及一种导电构件裂纹修复方法及装置。

背景技术

金属材料的各种缺陷中，裂纹的危害性最为严重，裂纹严重影响产品性能，使金属构件在应用过程中可能会产生损伤、开裂等问题，严重时造成失效破坏，对社会财产和人身安全造成重大隐患和威胁。如果能够及时对金属构件的缺陷进行修复，使金属构件恢复使用性能，可以避免突发灾难性的严重后果，将具有重大的工程意义和社会经济效益。

目前，常用的金属材料裂纹修复技术为补焊法。补焊法用于将含有裂纹的材料部分从表面去除，然后用焊接的方法熔化填充材料至恢复原始尺寸；或者直接利用焊接热源进行裂纹区域重熔，保证重熔的范围超过裂纹深度即可。

但补焊法对于材料内部较细小的微裂纹并不适用，而且即使补焊成功也很容易引入新的缺陷，或者对于补焊区域周围的组织造成影响。

发明内容

本申请提供一种导电构件裂纹修复方法及装置，可实现对导电构件内部裂纹的修复，提高裂纹修复效果。

为实现上述技术效果，本申请所采取的技术方案是：一方面，本申请提供了一种导电构件裂纹修复方法，其特征在于：

对导电构件两端施加电信号；

以及在施加所述电信号的同时，在所述导电构件的裂纹处施加机械能，所述机械能由超声波转换得到。

进一步的技术方案在于：所述电信号具体为高频电脉冲信号；所述对导电构件两端施加电信号具体为：在所述导电构件两端施加由高频脉冲电源产生的高频电脉冲信号。

进一步的技术方案在于：所述高频脉冲电源的输出端通过同轴电缆与所述导电构件两端连接。

进一步的技术方案在于：所述在所述导电构件的裂纹处施加机械能包括：控制超声波激励电源向超声波转换器提供能量产生超声波，以便通过所述超声波转换器的输出端在所述导电构件的裂纹处施加由所述超声波转换器得到的机械能。

进一步的技术方案在于：所述高频脉冲电源与所述超声波激励电源以一体化方式集成在同一电源设备中。

另一方面，本申请提供了一种导电构件裂纹修复装置，其特征在于，包括：

电信号施加单元，用于对导电构件两端施加电信号；

机械能施加单元，用于在施加所述电信号的同时，在所述导电构件的裂纹处施加机械能，其中，所述机械能由超声波转换得到。

进一步的技术方案在于：所述电信号施加单元包括：高频脉冲电源，所述高频脉冲电源用于产生施加于所述导电构件两端的电信号；所述电信号具体为高频电脉冲信号；

进一步的技术方案在于：所述高频脉冲电源的输出端通过同轴电缆与所述导电构件两端连接。

进一步的技术方案在于：所述机械能施加单元包括：超声波激励电源和与所述超声波激励电源的输出端连接的超声波转换器，所述超声波激励电源向所述超声波转换器提供能量产生超声波，所述超声波转换器将所述超声波转换成机械能并施加于所述导电构件的裂纹处。

进一步的技术方案在于：所述高频脉冲电源与所述超声波激励电源以一体化方式集成在同一电源设备中。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过电信号与超声波转换的机械能同时作用于待修复的导电构件，电信号在裂纹处产生焦耳热效应和电致塑性效应使得裂纹区域软化；同时经超声波转换得到的机械能作用于导电构件裂纹处，有助于裂纹周围材料塑性填充裂纹间隙，可实现对导电构件内部裂纹的修复，提高裂纹修复效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请提供的导电构件裂纹修复方法一个实施例流程示意图；

图2是本申请提供的导电构件裂纹修复装置一个实施例结构示意图；

图3是本申请提供的一种应用场景下导电构件裂纹修复装置结构示意图；

图4是本申请提供的一种实验场景下导电构件1裂纹修复前的显微图；

图5是本申请提供的一种实验场景下导电构件1裂纹修复后的显微图；

图6是本申请提供的一种实验场景下导电构件2裂纹修复前的显微图；

图7是本申请提供的一种实验场景下导电构件2裂纹修复后的显微图；

图8是本申请提供的一种实验场景下导电构件3裂纹修复前的显微图；

图9是本申请提供的一种实验场景下导电构件3裂纹修复后的显微图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种导电构件裂纹修复方法，包括：对导电构件两端施加电信号；以及在施加电信号的同时，在导电构件的裂纹处施加机械能，上述机械能由超声波转换得到。本申请实施例还提供相应的裂纹修复装置，以下分别进行详细说明。

下面对本申请实施例提供的一种导电构件裂纹修复方法进行描述，请参阅图1，本申请实施例中的导电构件裂纹修复方法包括：

101、对导电构件两端施加电信号；

本申请实施例中，对于需要修复裂纹的导电构件，可以在该导电构件两端施加电信号。

在一种实现方式中，电信号可为高频电脉冲信号，高频电脉冲信号由高频脉冲电源产生，具体的，步骤101可以表现为，在上述导电构件两端施加由上述高频脉冲电源产生的高频电脉冲信号。具体的，可以将高频脉冲电源的输出端(例如正负极输出端)通过同轴电缆与导电构件两端连接，并控制高频脉冲电源输出高频电脉冲信号，通过同轴电缆连接的方式，可以使得高频脉冲电源输出的高频电脉冲信号更加稳定。当然，在其它实现方式中，也可以通过其它线缆将高频脉冲电源的输出端(例如正负极输出端)与导电构件两端连接，并控制高频脉冲电源输出高频电脉冲信号，此处不做限定。由于高频电脉冲在导电构件裂纹尖端能够形成尖端绕流效应，且使得电流密度增加，而高频电脉冲在裂纹处产生焦耳热效应和电致塑性效应使得裂纹区域软化，因此，通过高频电脉冲和机械能的施加结合，可进一步提高导电构件裂纹的修复效果。

在另一种实现方式中，电信号也可以为直流信号，直流信号由直流电源产生，具体的，步骤101可以表现为，在上述导电构件两端施加由上述直流电源产生的直流信号。具体的，可以将直流电源的输出端(例如正负极输出端)通过同轴电缆与导电构件两端连接，并控制直流电源输出高频电脉冲信号。当然，在其它实现方式中，也可以通过其它线缆将直流电源的输出端(例如正负极输出端)与导电构件两端连接，并控制直流电源输出高频电脉冲信号，此处不做限定。

102、在施加上述电信号的同时，对上述导电构件的裂纹处施加机械能；

其中，上述机械能由超声波转换得到；

本申请实施例中，对于需要修复裂纹的导电构件，可以同时在该导电构件的裂纹处施加机械能。

在一种实现方式中，上述对上述导电构件的裂纹处施加机械能可包括：控制超声波激励电源向超声波转换器提供能量产生超声波，以便通过上述超声波转换器的输出端在上述导电构件的裂纹处施加由上述超声波转换器转换得到的机械能。也即，通过控制超声波激励电源向超声波转换器提供能量产生超声波，并将超声波转换器输出的机械能(该机械能由上述超声波转换器转换得到)施加到上述导电构件的裂纹处，实现对上述导电构件的裂纹处施加机械能。

当然，除上述实现方式外，也可以通过其它方式对上述导电构件的裂纹处施加由超声波转换得到的机械能，比如，也可以在超声波电动机的输出端设置工具头，将工具头放置在上述导电构件的裂纹处，之后在施加上述电信号的同时，控制超声波电动机运行，以通过上述工具头，对上述导电构件的裂纹处施加机械能。

本申请进一步，对于前述提及的在导电构件两端施加由高频脉冲电源产生的高频电脉冲信号，并控制超声波激励电源向超声波转换器提供能量产生超声波的方案，还可以将高频脉冲电源与上述超声波激励电源以一体化方式集成在同一电源设备中，以达到减少设备体积、方便携带的目的，使得本申请所提供的导电构件裂纹修复方法更适用于室内外大中小型导电构件的裂纹修复场景中。

本申请实施例中，导电构件可为一切具有导电性能的金属和非金属。

由前述方案可见，在本申请实施例中，通过电信号与超声波转换的机械能同时作用于待修复的导电构件，电信号在裂纹处产生焦耳热效应和电致塑性效应使得裂纹区域软化；同时经超声波转换得到的机械能作用于导电构件裂纹处，有助于裂纹周围材料塑性填充裂纹间隙，可实现对导电构件内部裂纹的修复，提高裂纹修复效果。

下面以对本申请实施例提供的导电构件裂纹修复装置进行描述，请参阅图2，本申请实施例中的导电构件裂纹修复装置包括：

电信号施加单元201，用于对导电构件两端施加电信号；

机械能施加单元202，用于对导电构件施加电信号的同时，在导电构件裂纹处施加机械能，其中，机械能由超声波转换得到。

可选的，电信号施加单元201可以包括高频脉冲电源，高频脉冲电源的输出端(例如正负极输出端)与上述导电构件两端连接。

可选的，上述高频脉冲电源的输出端通过同轴电缆与所述导电构件两端连接，可使得高频脉冲电源输出的高频电脉冲信号更加稳定。

可选的，机械能施加单元202可以包括超声波激励电源和超声波转换器，其中，超声波激励电源用于向超声波转换器提供能量产生超声波，上述超声转换器将上述超声波转换成机械能并施加于上述导电构件的裂纹处。

可选的，上述高频脉冲电源与上述超声波激励电源以一体化方式集成在同一电源设备中，以便大幅缩小设备安装体积，使得设备既适用于室内修复较小导电构件裂纹，也适用于现场修复大型导电构件裂纹。

具体的，在电信号施加单元201包括高频脉冲电源的场景下，高频脉冲电源的输出电流大小可调节至1000安培以上，超声波频率范围可调节为40千赫兹-100千赫兹，高频电脉冲信号和机械能施加的时间可控制在2毫秒-2.5秒。

需要说明的是，导电构件可为一切具有导电性能的金属和非金属。

下面以一具体应用场景对本申请提供的导电裂纹修复装置进行说明，如图3所示，在本申请应用场景中，电信号施加单元301包括高频脉冲电源3011，电信号施加单元301施加的电信号为高频电脉冲信号，高频电脉冲信号由高频脉冲电源3011产生，且高频脉冲电源3011的输出端通过同轴电缆304与导电构件303的两端连接。

机械能施加单元302包括超声波激励电源3021、超声波转换器3022、工具头3023。其中，工具头3023可以为超声波转换器3022的输出端，也可以为超声波转换器3022的输出端所连接的机械能传导器件，此处不做限定。

具体的，超声波激励电源3021向超声波转换器3022提供能量产生超声波，超声波转换器3022将产生的超声波转换成机械能并经工具头3023施加于导电构件303裂纹处。

由图3可见，高频脉冲电源3011与超声波激励电源3021以一体化方式集成在同一电源设备中。

由前述方案可见，在本申请实施例中，电信号施加单元对导电构件两端施加电信号，同时机械能施加单元对导电构件的裂纹处施加由超声波转换得到的机械能。由于电脉冲在裂纹区域产生焦耳热和电致塑性效应，再在超声波转换得到的机械能作用下，裂纹周围物质逐渐填充裂纹间隙，可实现对导电构件内部裂纹的修复，提高裂纹修复效果。。

基于图1所示实施例提供的导电构件裂纹方法，本申请在不同应用场景下进行了实验。下面以具体应用场景对上述导电构件裂纹方法及实验结果进行描述。在下面所举应用场景中，以图3所示的导电构件裂纹修复装置作为实施上述导电构件裂纹方法的执行主体，并选用3个尺寸大小均为75mm*19mm*1mm的铝合金试件作为导电构件，分别编号1、2、3，对导电构件均进行线切割加工预置裂纹以模拟较大金属裂纹，再用机械法使预置裂纹尖端产生细小的尖端裂纹以模拟微小金属裂纹。

具体的，对上述3个导电构件所做的裂纹修复处理实验如下：

1.将同轴电缆尾端连接的夹具固定夹持于待修复导电构件1两端，同轴电缆另一端连接组合电源(组合电源即集成高频脉冲电源与超声波激励电源的一体化电源设备)的正负极，开启组合电源，调节脉冲电源至电压2.5伏特、电流2200安培，调节超声频率至80千赫兹，工作2毫秒即刻关闭组合电源。

对导电构件1修复处理前后的裂纹进行显微拍照，修复前裂纹间隙如图4中裂纹间隙401所示，其裂纹间隙宽度为10-18微米，修复后裂纹间隙如图5中裂纹间隙501所示，其裂纹间隙宽度为6-11微米，由此可见，经本申请导电构件裂纹修复装置修复后，修复后的导电构件1的裂纹大致变为修复前的3/5。

2.将同轴电缆尾端连接的夹具固定夹持于待修复导电构件2两端，同轴电缆另一端连接组合电源的正负极，开启组合电源，调节脉冲电源至电压4伏特、电流1000安培，调节超声频率至80千赫兹，工作2毫秒即刻关闭组合电源。

对导电构件2修复处理前后的裂纹进行显微拍照，修复前裂纹间隙如图6中裂纹间隙601所示，修复后裂纹间隙如图7中裂纹间隙701所示，对比裂纹修复前后照片，可见裂纹间隙明显变小，同时裂纹长度也明显缩短，裂纹长度缩短50微米。

3.将同轴电缆尾端连接的夹具固定夹持于待修复导电构件3两端，同轴电缆另一端连接于直流电源的正负极，调节直流电源电流至2000安培，不复加超声波能量，直流电源通电15次，单次通电时间2毫秒，即刻关闭组合直流电源。

对导电构件3修复处理前后的裂纹进行显微拍照，修复前裂纹间隙如图8中裂纹间隙801所示，修复后裂纹间隙如图9裂纹间隙901所示，对比裂纹修复前后照片，可见在裂纹较小的地方已氧化变黑外，其余地方无变化。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上上述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导电构件裂纹修复方法，其特征在于，包括：

对导电构件两端施加电信号；

以及在施加所述电信号的同时，在所述导电构件的裂纹处施加机械能，所述机械能由超声波转换得到。

2.如权利要求1所述的导电构件裂纹修复方法，其特征在于，所述电信号具体为高频电脉冲信号；

所述对导电构件两端施加电信号具体为：

在所述导电构件两端施加由高频脉冲电源产生的高频电脉冲信号。

3.如权利要求2所述的导电构件裂纹修复方法，其特征在于，所述高频脉冲电源的输出端通过同轴电缆与所述导电构件两端连接。

4.如权利要求2所述的导电构件裂纹修复方法，其特征在于，所述在所述导电构件的裂纹处施加机械能包括：

控制超声波激励电源向超声波转换器提供能量产生超声波，以便通过所述超声波转换器的输出端在所述导电构件的裂纹处施加由所述超声波转换器转换得到的机械能。

5.如权利要求4所述的导电构件裂纹修复方法，其特征在于，所述高频脉冲电源与所述超声波激励电源以一体化方式集成在同一电源设备中。

6.一种导电构件裂纹修复装置，其特征在于，包括：

电信号施加单元，用于对导电构件两端施加电信号；

机械能施加单元，用于在施加所述电信号的同时，在所述导电构件的裂纹处施加机械能，其中，所述机械能由超声波转换得到。

7.如权利要求6所述的导电构件裂纹修复装置，其特征在于，所述电信号施加单元包括：

高频脉冲电源，所述高频脉冲电源用于产生施加于所述导电构件两端的电信号；

所述电信号具体为高频电脉冲信号。

8.如权利要求7所述的导电构件裂纹修复装置，其特征在于，所述高频脉冲电源的输出端通过同轴电缆与所述导电构件两端连接。

9.如权利要求7所述的导电构件裂纹修复装置，其特征在于，所述机械能施加单元包括：

超声波激励电源和与所述超声波激励电源的输出端连接的超声波转换器；

所述超声波激励电源用于向所述超声波转换器提供能量产生超声波，所述超声波转换器将所述超声波转换成机械能并施加于所述导电构件的裂纹处。

10.如权利要求9所述的导电构件裂纹修复装置，其特征在于，所述高频脉冲电源与所述超声波激励电源以一体化方式集成在同一电源设备中。