【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于应力调控的，尤其涉及一种服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置和方法，适用于桥梁钢轨等大型构件在服役过程中的残余应力消除。
技术介绍
1、铁磁性材料在加工和使用过程中可能会产生残余应力。这些残余应力是由于材料经历热处理、塑性变形、焊接等过程引起的。铁磁性材料在加工过程中的形变、变形速率不均匀、不同部分的温度变化不一致，均可能导致内部应力的产生。
2、应力的产生会导致铁磁性材料的形状变化、变形和性能下降。因此，为了确保材料的稳定性和可靠性，需要考虑残余应力的控制和消减。通过适当的材料选择、工艺控制和热处理等方法，可以减小或消除铁磁性材料中的残余应力。
3、传统的残余应力控制方法包括热处理、表面处理、冷加工、预应力和残余应力释放。热处理通过加热和冷却材料来改变其晶体结构和组织，减轻残余应力。表面处理方法如喷丸、机械研磨、化学处理等改变材料表面的性质，减少残余应力。
4、在大型构件使用时，传统的残余应力控制方法存在一些缺点。首先，处理效率低，由于大型构件的复杂几何形状和尺寸，需要更长的处理时间和更高的能量消耗，增加了成本和生产周期。其次，难以实施，大型构件的处理设备和工艺受到限制，如加热炉尺寸、机械处理设备的可及性等，增加了实施难度。此外，残余应力的分布和变化难以准确预测和控制，传统方法难以提供精确的控制和调整手段，难以满足设计要求。对于大型构件的局部区域，传统方法难以实现局部的精确控制，导致应力分布不均匀，影响使用性能和寿命。最后，一些传统方法可能对材料性能产生负面影响，如高温热处
5、钢结构桥梁目前主要采用焊接工艺来连接零部件。焊接是一种高效、经济的连接方法，可以使零部件连接得更加牢固，也可以实现远距离的连接。但目前钢结构桥梁普遍出现焊缝开裂的问题，会导致桥梁使用寿命缩短，增加维修和更换成本。然而开裂的焊缝会引发进一步的破坏，可能会导致严重的安全问题，包括桥梁的结构强度减弱、承载能力下降，甚至导致桥梁的倒塌或者部分坍塌等问题。
技术实现思路
1、基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置和方法，采用非破坏式的原位消减调控方法，避免对构件的表面造成损伤，降低维护成本，以解决现有技术难以对钢构桥梁的空间狭窄位置、各类空间姿态下的板类构件残余应力消减问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的第一方面提供一种服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，包括：支撑底板，其中心位置设有通孔，其端部位置设有安装孔；固定机构，安装在所述安装孔处，用于将所述支撑底板固定贴近于钢构桥梁的焊缝处；支撑套筒，通过调整机构安装在所述通孔处，并可沿所述通孔的轴线方向上下移动；超声激励器，固定于所述支撑套筒的内部下端，所述超声激励器的发射端伸出所述通孔并与钢结构桥梁的板类构件表面贴合，用于对构件的残余应力进行消除。
4、由上，本申请采用超声激励器消除焊缝残余应力的方法，可以在不破坏构件的表面油漆涂层的情况下完成应力消减调控工作。本专利技术的装置适用于桥梁钢轨等大型构件在服役过程中的残余应力消除，将多个超声激励器沿焊缝布置，向应力集中区域注入高能声束，从而达到消减及均化焊接残余应力的效果，实现局部的精确残余应力消除，有效提高构件的使用寿命和安全性。超声激励器可以很好地贴合板类构件的表面，起到对狭小空间和异形区域的构件的残余应力的消除。同时，采用非破坏式的原位消减调控方法，避免对构件的表面造成损伤，降低维护成本。
5、进一步的，所述固定机构为磁性夹持器，该磁性夹持器紧固连接于所述支撑底板的安装孔上；所述磁性夹持器通过磁力吸附的方式将所述支撑底板固定在任意角度的空间平面内。
6、由上，利用磁性夹持器通过磁吸的方式将支撑底板固定在待调控构件上，由此可以方便用户进行操作，降低了在狭窄空间对调控装置进行固定的难度。另外，通过磁吸开关实现与板类构件的连接，还可以避免对板类构件产生压痕及变形，避免对板类构件产生二次损伤。
7、可选的，所述安装孔呈u形，其开口朝外，该u形开口的两端顶部设有用于支撑固定所述磁性夹持器的凸台；所述磁力吸附器的磁吸端穿过所述u形开口并与所述支撑底板的底面齐平或突出设置。
8、由上，磁力吸附器穿过u形开口直接对板类构件进行吸附，可以将支撑底板更稳定的固定，从而可以将支撑底板以及超声激励器压紧于待调控构件的表面，使超声激励器产生的高能声束尽可能多的注入到待调控构件内部。另外，无需用多余的操作工具进行操作固定，可以减小操作空间，从而便于调控装置在狭窄空间中使用。
9、可选的，所述调整机构包括穿过所述支撑套筒底部的法兰盘的螺栓、被所述螺栓的头部压紧在所述法兰盘上的压缩弹簧，所述螺栓的底部与所述支撑底板上位于所述通孔周围的螺纹孔螺纹连接。
10、由上，通过压缩弹簧提供的弹力推动支撑套筒及超声激励器朝向待调控构件移动，从而使超声激励器与构件之间保持移动的挤压力，以提高超声激励器与构件之间连接的稳定性。另外，压缩弹簧能够控制固定超声激励器在上下方向上为浮动，这样通过调节压缩弹簧可以调节超声激励器和板类构件之间的压紧量，避免超声激励器和板类构件之间的压紧量过大而损伤板类构件。
11、进一步的，所述超声激励器的发射端与钢结构桥梁的板类构件接触面之间涂有耦合剂，所述超声激励器发出的高能声束通过耦合剂传播注入金属内部。
12、由上，超声激励器和待调控构件之间设有耦合剂，可以提高超声激励器的发射端与待调控构件的贴合效果，从而将高能声束更高效率地注入待调控构件内，减少高能声束进入待调控构件内的损耗，提高对待调控构件内残余应力的消减效果。
13、可选的，所述支撑底板与钢结构桥梁的狭小空间内的焊缝形状相适配，其呈长方形、l形或三角形。
14、由上，通过支撑底板的不同形状实现狭小空间和异形区域(如直角、三角、t形、多边交汇处等形状)残余应力的消除，完成高能声束残余应力调控，从而最大程度地保证残余应力调控结果的可靠性。
15、进一步的，所述支撑套筒的筒身设置有散热孔。
16、由上，通过散热孔有利于空气循环流动，超声激励器所产生的热量会通过散热孔传递至外界空气中，降低支撑套筒内安装的设备的温度。
17、进一步的，所述支撑套筒的顶端螺纹连接有上盖，所述上盖的中心设置有用于安装所述超声激励器的航空插头的通孔。
18、本专利技术第二方面提供一种服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控方法，包括以下步骤：
19、将磁性夹持器紧固连接在位于支撑底板端部的安装孔处，超声激励器固定于支撑套筒的内部下端，支撑套筒底部的法兰盘通过螺栓压紧压缩弹簧被固定在支撑底板的顶面，超声激励器的发射端伸出位于支撑底板中心的通孔；
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【技术保护点】
1.一种服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述固定机构为磁性夹持器，该磁性夹持器紧固连接于所述支撑底板的安装孔上；
3.如权利要求2所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述安装孔呈U形，其开口朝外，该U形开口的两端顶部设有用于支撑固定所述磁性夹持器的凸台；
4.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述调整机构包括穿过所述支撑套筒底部的法兰盘的螺栓、被所述螺栓的头部压紧在所述法兰盘上的压缩弹簧，所述螺栓的底部与所述支撑底板上位于所述通孔周围的螺纹孔螺纹连接。
5.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述超声激励器的发射端与钢结构桥梁的板类构件接触面之间涂有耦合剂，所述超声激励器发出的高能声束通过耦合剂传播注入金属内部。
6.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述支撑底板与钢结构桥梁的狭小空
7.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述支撑套筒的筒身设置有散热孔。
8.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述支撑套筒的顶端螺纹连接有上盖，所述上盖的中心设置有用于安装所述超声激励器的航空插头的通孔。
9.一种利用权利要求2至8任一项所述的调控装置进行服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控方法，其特征在于：包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控方法，其特征在于，所述支撑底板通过磁性夹持器安装在钢构桥梁的空间狭窄位置，超声激励器被放置于距离钢结构桥梁的板类构件的焊缝最近的位置。
...【技术特征摘要】
1.一种服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述固定机构为磁性夹持器，该磁性夹持器紧固连接于所述支撑底板的安装孔上；
3.如权利要求2所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述安装孔呈u形，其开口朝外，该u形开口的两端顶部设有用于支撑固定所述磁性夹持器的凸台；
4.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述调整机构包括穿过所述支撑套筒底部的法兰盘的螺栓、被所述螺栓的头部压紧在所述法兰盘上的压缩弹簧，所述螺栓的底部与所述支撑底板上位于所述通孔周围的螺纹孔螺纹连接。
5.如权利要求1所述的服役钢构桥梁焊接残余应力原位消减调控装置，其特征在于，所述超声激励器的发射端与钢结构桥梁的板类构件接触面之间涂有耦合剂，所述超声激励器发出的高能声束...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐春广，杨双旭，张文君，李涔诚，陈常宏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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