阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及材料性能研究技术领域，尤其涉及一种阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置及方法。其包括由至少两个分体拼接而成的筒体结构，侧壁沿周向设有多个阵列排布的第一通孔，外部设有压紧装置；于第一通孔处嵌装的激励楔块；与激励楔块对应连接的激励器；激励楔块的端面与待调控构件表面耦合贴紧，另一侧的连接部与激励器发射端耦合连接，激励器发射端的轴线与待调控构件表面的法线重合；与各激励器电连接的多通道信号功率放大器，及与多通道信号功率放大器电连接的多通道激励控制模块。本申请所提供的装置及方法解决了无法消减及平衡结构及应力分布较复杂构件的残余应力的问题，和控制构件整体变形的问题。

Device and method of array high energy elastic wave to reduce and homogenize residual stress of components

The application relates to the technical field of material performance research, in particular to an array type high-energy elastic wave reduction and homogenization device and method for residual stress of components. The utility model comprises a cylinder structure composed of at least two parts, a side wall is provided with a plurality of first through holes arranged in an array along the circumference, and a pressing device is arranged outside; an exciting wedge is embedded at the first through hole; an exciter is correspondingly connected with the exciting wedge; the end face of the exciting wedge is coupled with the surface of the component to be adjusted and controlled, and the connection part at the other side is coupled with the transmitting end of the exciter The axis of the exciter transmitting end coincides with the normal of the surface of the component to be regulated; the multi-channel signal power amplifier electrically connected with each exciter, and the multi-channel excitation control module electrically connected with the multi-channel signal power amplifier. The device and method provided in the application solve the problems of the residual stress of the component with complex structure and stress distribution that can not be reduced and balanced, and the problem of controlling the overall deformation of the component.

【技术实现步骤摘要】
阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置及方法
本申请涉及材料性能研究
，尤其涉及一种阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置及方法。
技术介绍
现今，铝合金材料因其低密度、轻量化、刚性好、强度高等优异的力学性能被广泛应用于航空、航天、水电、火电、压缩机等领域，针对于大型铝合金构件常用的焊接、铣削加工工艺，因其在加工过程中存在的不均匀温度梯度、塑性变形、相变等会将残余应力引入构件中，促使其发生变形，影响其力学性能，因此为保证构件使用性能及保证其使用寿命，需要消减及平衡大型铝合金构件中因焊接及铣削产生的残余应力。现有技术中有很多消减金属材料残余应力的方法，例如自然时效法、振动冲击法、退火、回火等。自然时效法耗时长，以月或年为单位计算时间，不适合应用于对加工时间有要求的工程应用中；振动冲击法多用于结构形状较规则、表面较平整的板类和盘类等构件，无法对结构较复杂的、较精细的构件，如航空、水电、火电和压缩机等领域的箱体类、(曲)轴类等复杂结构的零部件，进行残余应力的消减，且振动冲击法耗时较长、工艺繁琐；退火、回火等人工时效法对火候的控制操作有要求，至少需要三到五天的时间进行消减，不适合对时间、消减质量要求较高的工程应用。再有，公开号为CN109234653A，专利技术名称为一种消减大型复杂铝合金模锻件残余应力的方法的专利技术专利文献，提供了一种冷压拉处理以消减锻件残余应力的方法，这种方法通过拉伸锻件的方式消减平衡残余应力，并不适用于经过焊接工艺处理的焊接件，也不适用于对结构的外形尺寸有精确要求的构件中。上述常用的消除残余应力的现有技术，或不适用于消减对时间有要求的工程应用中，或不适用于结构较复杂的、较精细的箱体类、(曲)轴类等部件中，或不适用于经过焊接、铣削等工艺处理后的构件中，且即使进行消减调控工作后，也可能会出现残余应力分布不均等问题，无法平衡这类构件内部应力。
技术实现思路
本申请提供了一种阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置及方法，以解决现有技术中无法消减及平衡结构较复杂、应力分布较复杂的构件的残余应力的问题，以及控制构件整体变形的问题。本申请的第一方面提供了一种阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置，包括：由至少两个分体纵切面拼接而成的筒体结构，所述筒体结构环绕待调控构件设置，其侧壁沿周向设有多个第一通孔并形成阵列排布，所述筒体结构的外部设置有压紧于其外表面的压紧装置；所述第一通孔处嵌装有激励楔块，所述激励楔块朝向所述筒体结构内侧的端面与所述待调控构件表面耦合贴紧，其朝向所述第一通孔的端面为连接部，所述连接部具有凹面及于所述凹面中心凸设的连接柱；至少部分所述激励楔块对应连接有激励器，所述激励器发射端与所述连接部的所述凹面及所述连接柱通过耦合剂耦合，所述发射端中心具有与所述连接柱连接的盲孔，所述激励器发射端的轴线与所述待调控构件对应贴紧处表面的法线重合；及与各所述激励器电连接的多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号；及与所述多通道信号功率放大器电连接的多通道激励控制模块，用以控制所述激励器输出所述发射信号及获取所述接收信号。与现有技术相比，本申请所提供的分体式的筒体结构，在调控工作开始前，可将待调控构件设置于筒体结构当中，再由位于筒体结构外的压紧装置将该筒体结构的各分体内壁与待调控构件紧密贴合压紧设置；该筒体结构的侧壁沿周向设有多个第一通孔并形成阵列排布，用以使对应的激励器发射端穿过对应的第一通孔与对应的激励楔块的连接部耦合连接，这种阵列排列的方式可以全面整体的对待调控构件的各区域的残余应力进行消减及均化，且对应的激励器发射端的轴线与待调控构件对应贴紧处表面的法线重合，以使激励器发射的高能弹性波垂直入射至待调控构件表面及内部，以达到最佳的能量冲击效果，对由于经过焊接、铣削等工艺处理后，致使其残余应力较大、较集中的待调控构件来说，其消减残余应力的效果尤为显著，前述的多个第一通孔可全部使用也可选择性使用，具体选用的第一通孔的数量及分布可根据待调控构件预先检测的整体残余应力的大小及分布情况而定，与选用的各第一通孔对应的激励器采用的高能弹性波的频率大小及功率大小也可以根据与其对应的激励楔块端面耦合紧贴的待调控构件表面及对应内部的残余应力的大小具体而定，与各激励器的电连接的多通道信号功率放大器，及与该多通道信号功率放大器电连接的多通道激励控制模块，可根据各通道对应的不同激励器对应的待调控构件位置残余应力大小的不同来对应预先设定调控频率、调控时长、声波能量等，从而实现了对结构较复杂、应力分布较复杂、残余应力较大的待调控构件整体的残余应力的消减及均化，尤其针对经过焊接和铣削等加工工艺处理，使其表面及内部引入过较多的残余应力的构件来说，消减及均化效果尤为明显，再有，由于在调控过程中，压紧装置始终通过压紧筒体结构对其内部的待调控构件进行压紧，也同时很好的实现了在调控过程中对待调控构件的整体变形的控制，使其不易变形，尤其对于较易变形的铝合金材质的待调控构件来说，有明显的控制变形效果。进一步的，相邻两个所述分体间留有间距。当不同的待调控构件的外形结构基本相同，只是直径或横截面的长度、宽度不同时，可在不重新定做筒体结构的情况下，采用压紧装置在压紧时通过使分体间留有间距的方式来实现同样的压紧效果。进一步的，所述压紧装置包括至少两组压紧支架及螺栓，所述压紧支架朝向所述筒体结构外壁的侧边设有多个与所述螺栓匹配连接的螺孔，使所述压紧支架压紧所述筒体结构。各组压紧支架共同配合，可实现对只是直径或横截面的长度、宽度不同，而外形结构基本相同的各待调控构件进行压紧，且达到良好的压紧效果。更进一步的，所述筒体结构设置于操作平台上，所述压紧支架为直角支架，其一直角边设有与所述螺栓匹配连接的所述螺孔，且所述直角边朝向所述筒体结构设置，其另一直角边支撑固定连接于所述操作平台。直角支架具有较优的力学稳定性，可稳固的支撑其起到良好的压紧作用，平坦的操作平台更有利于直角支架稳定发挥其优秀的稳固支撑作用。更进一步的，多组所述压紧支架环绕所述筒体结构均匀设置；和/或所述筒体结构的多个所述分体彼此呈中心对称设置。这样可以使压紧效果更牢固、更均匀；以及方便筒体结构统一加工制作，降低制作成本及难度。进一步的，所述连接部为外沿凸起内部凹陷的结构，所述外沿环绕所述第一通孔的外周设置，且所述外沿均匀设有多个第二通孔，以通过连接件将所述激励楔块固定连接于所述筒体结构内壁。这样设置既可以起到很好的声波入射传导的作用，又可以起到良好的固定连接的作用，结构可靠且简单，制作成本或定做成本较低。进一步的，所述激励楔块朝向所述待调控构件的端面弧度和与之对应耦合连接的所述待调控构件的表面弧度相同。这样可以保证激励楔块的端面与对应的待调控构件的表面良好的耦合状态，使二者耦合更紧密。进一步的，于所述激励楔块朝向所述筒体结构内侧的端面与所述待调控构件表面之间设置有采用高温润滑脂材料的耦合剂；和/或于所述激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，包括：/n由至少两个分体纵切面拼接而成的筒体结构，所述筒体结构环绕待调控构件设置，其侧壁沿周向设有多个第一通孔并形成阵列排布，所述筒体结构的外部设置有压紧于其外表面的压紧装置；/n所述第一通孔处嵌装有激励楔块，所述激励楔块朝向所述筒体结构内侧的端面与所述待调控构件表面耦合贴紧，其朝向所述第一通孔的端面为连接部，所述连接部具有凹面及于所述凹面中心凸设的连接柱；/n至少部分所述激励楔块对应连接有激励器，所述激励器的发射端与所述连接部的所述凹面及所述连接柱通过耦合剂耦合，所述发射端中心具有与所述连接柱连接的盲孔，所述激励器发射端的轴线与所述待调控构件对应贴紧处表面的法线重合；及/n与各所述激励器电连接的多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号；及与所述多通道信号功率放大器电连接的多通道激励控制模块，用以控制所述激励器输出所述发射信号及获取所述接收信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种阵列式高能弹性波消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，包括：
由至少两个分体纵切面拼接而成的筒体结构，所述筒体结构环绕待调控构件设置，其侧壁沿周向设有多个第一通孔并形成阵列排布，所述筒体结构的外部设置有压紧于其外表面的压紧装置；
所述第一通孔处嵌装有激励楔块，所述激励楔块朝向所述筒体结构内侧的端面与所述待调控构件表面耦合贴紧，其朝向所述第一通孔的端面为连接部，所述连接部具有凹面及于所述凹面中心凸设的连接柱；
至少部分所述激励楔块对应连接有激励器，所述激励器的发射端与所述连接部的所述凹面及所述连接柱通过耦合剂耦合，所述发射端中心具有与所述连接柱连接的盲孔，所述激励器发射端的轴线与所述待调控构件对应贴紧处表面的法线重合；及
与各所述激励器电连接的多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号；及与所述多通道信号功率放大器电连接的多通道激励控制模块，用以控制所述激励器输出所述发射信号及获取所述接收信号。


2.根据权利要所述1的消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，相邻两个所述分体间留有间距。


3.根据权利要求1或2所述的消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，所述压紧装置包括至少两组压紧支架及螺栓，所述压紧支架朝向所述筒体结构外壁的侧边设有多个与所述螺栓匹配连接的螺孔，使所述压紧支架压紧所述筒体结构。


4.根据权利要求3所述的消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，所述筒体结构设置于操作平台上，所述压紧支架为直角支架，其一直角边设有与所述螺栓匹配连接的所述螺孔，且所述直角边朝向所述筒体结构设置，其另一直角边支撑固定连接于所述操作平台。


5.根据权利要求3所述的消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，多组所述压紧支架环绕所述筒体结构均匀设置；和/或
所述筒体结构的多个所述分体彼此呈中心对称设置。


6.根据权利要求1所述的消减及均化构件残余应力装置，其特征在于，所述连接部为外沿凸起内部凹陷的结构，所述外沿环绕所述第一通孔的外周设置，且所述外沿均匀设有多个第二通孔，以通...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春广，栗双怡，卢钰仁，尹鹏，李德志，宋文渊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11