专利名称：一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应力的方法
技术领域：
本发明涉及松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法。
背景技术：
螺栓连接是金属构件连接最主要的ー种方式，对于异质材料，通过螺栓进行连接吋，螺纹和螺栓接触面局部一般会保存一定的残余应力，若该残余应カ较大，则在使用过程中可能因材料局部因蠕变而松弛残余应力，这种情况对于铝合金等弾性模量较低、屈服应力较低的材料而言更为普遍，上述可松弛的残余应カ可称为不稳定残余应力。对于一般精度的仪器来说，不稳定残余应カ松弛过程导致构件的形变可忽略不计，但对于高精度仪器仪表而言，如果不能及时消除这种残余应力，在高精度仪器仪表的使用过程中，由于应カ逐步松弛所造成构件的微小尺寸变化，最终导致零部件失效，因此不稳定残余应カ松弛产生的误差不能忽略，松弛金属构件螺栓连接处残余应カ成为高精度仪器仪表的制造的关键问 题。对金属构件残余应カ消除常用的有温度处理和机械振动处理，而对于金属构件中螺栓连接处的残余应力，处理效率低(一般为30°/Γ40%)，处理时间长(一般为2小时以上)。
发明内容
本发明是要解决现有的松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，处理效率低，处理时间长的问题，而提供了一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法。一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，具体是按以下步骤完成的一、将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的螺帽的表面形成刚性的接触，或将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的临近螺帽的区域的表面形成刚性的接触；其中，临近螺帽的区域为螺帽处以螺栓轴心为原点，以两倍于螺帽半径范围内的区域且不包含螺帽本身的区域；ニ、进行超声处理IOs 3600s，即完成金属构件螺栓连接处残余应カ的松弛。本发明的优点本发明提供的一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，可以在IOs 3600s的时间内使金属构件螺栓连接处的残余应カ降低85%以上。
图I为试验一中处理样品的示意图；其中，I为整体支架，2为超声探头，3为合金钢零件，4为连接螺栓，5为铝合金零件，6为升降台。图2为试验一中的样品的螺栓的螺帽处残余应カ与超声处理的时间的关系图。
具体实施例方式以下给出本发明的具体实施方式
来作进ー步的说明，然而本发明技术方案却不局限于以下所列举具体实施方式
。
具体实施方式
一本实施方式是ー种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，具体是按以下步骤完成的一、将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的螺帽的表面形成刚性的接触，或将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的临近螺帽的区域的表面形成刚性的接触；其中，临近螺帽的区域为螺帽处以螺栓轴心为原点，以两倍于螺帽半径范围内的区域且不包含螺帽本身的区域；ニ、进行超声处理IOs 3600s，即完成金属构件螺栓连接处残余应カ的松弛。本实施方式所述的探头为金属材质，容易加工，传递超声的能力好。本实施方式所述的形成刚性的接触，超声的能量能够更好的传递到螺栓上，而采用柔性的介质会对超声有较大的吸收，超声通过柔性介质能量损失大。本实施方式利用X射线衍射法对金属构件的螺栓连接处的以螺栓轴心为原点，在三倍于螺帽半径范围内的区域的任意一点进行微区应カ测量，如果经过超声消除残余应カ 处理后材料的残余应カ小于该材料的屈服強度的40%，并且继续进行同样超声处理后，残余应カ变化小于屈服強度20%，则螺栓的不稳定残余应カ已经松弛。本实施方式提供的一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，可以在IOs 3600s的时间内使金属构件螺栓连接处的残余应カ降低85%以上。本实施方式提供的一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，相比于利用超声对整体进行处理，可以更好的利用超声，效率高，可以在相同的超声功率的情况下得到更好的效果，同时对其它部分的影响也要小。
具体实施方式
ニ 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一所述的螺帽的外径为lmnT20mm，步骤一所述的超声探头与金属构件螺栓的螺帽的表面形成刚性的接触所采用的超声探头的形状为棒状、阶梯状、圆台状、指数状、悬链状、高斯形状或圆筒状且所采用的超声探头的横截面积为O. 5mnT400mm2 ;步骤一所述的超声探头与金属构件螺栓的临近螺帽的区域的表面形成刚性的接触所采用的探头为圆筒形，圆筒的内径比螺帽的外径大ImnTlOmm,圆筒壁厚为2mnTl5mm。其它与具体实施方式
一相同。本实施方式所述的超声探头为棒状时，可以更好的与螺栓接触。本实施方式所述的超声探头可以根据螺栓的大小不同，采用不同大小的探头。不同大小的探头和螺栓紧密接触，使超声最大限度的作用在螺栓附近。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或ニ的不同点是步骤一所述的超声探头与金属构件的螺栓的螺帽的接触カ为I旷100N。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三的不同点是步骤ニ所述的超声的频率为20KHz ΙΟΟΚΗζ，超声的功率为100W 1500W。其它与具体实施方式
一至三相同。采用下述试验验证本发明效果试验一一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，具体是按以下步骤完成的一、将金属超声探头与样品的螺栓的螺帽处的表面形成刚性的接触，超声探头的直径为3_2，螺栓的螺帽的直径为2_，超声探头与金属构件的螺栓的螺帽的接触カ为IN ；ニ、进行超声600s ;其中，超声频率为20KHz，超声功率为1000W。试验一中处理样品的示意图如图I所示，图I为试验一处理样品的示意图，其中，I为整体支架(起固定超声探头和升降台的作用)，2为超声探头(棒状，直径为2mm)，3为合金钢(3J33)零件，4为连接螺栓(螺帽的直径为3mm)，5为铝合金(Z1702)零件，6为升降台(调节超声探头与样品的螺栓的螺帽处的表面的接触カ为IN)； 利用X射线衍射的Sin2W法对样品的螺栓的螺帽处的以螺栓轴心为原点，在三倍于螺栓半径范围内的区域的任意一点进行微区的残余应カ的測量，数据结果如图2所示。图2为试验一中的样品的螺栓的螺帽处残余应カ与超声处理的时间的关系图。从图2中，可以观察到样品的螺栓的螺帽处在未经过超声处理时的残余应カ为202MPa ;经过试验一提供的方法超声处理300s时，样品的螺栓的螺帽处的残余应カ为64MPa，比未经过超声处 理时的残余应カ降低了 68. 32% ;经过试验一提供的方法超声处理600s时，样品的螺栓的螺帽处的残余应カ为25. 43MPa，比未经过超声处理时的残余应カ降低了 87. 41%。
权利要求
1.一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，其特征在于超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，具体是按以下步骤完成的 一、将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的螺帽的表面形成刚性的接触，或将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的临近螺帽的区域的表面形成刚性的接触；其中，临近螺帽的区域为螺帽处以螺栓轴心为原点，以两倍于螺帽半径范围内的区域且不包含螺帽本身的区域； ニ、进行超声处理IOs 3600s，即完成金属构件螺栓连接处残余应カ的松弛。
2.根据权利要求I所述的ー种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，其特征在于步骤一所述的螺帽的外径为lmnT20mm，步骤一所述的材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的螺帽的表面形成刚性的接触所采用的超声探头的形状为棒状、阶梯状、圆台状、指数状、悬链状、高斯形状或圆筒状且所采用的超声探头的横截面积为O. 5mnT400mm2 ;步骤一所述的材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的临近螺帽的区域的表面形成刚性的接触所采用的探头为圆筒形，圆筒的内径比螺帽的外径大ImnTlOmm,圆筒壁厚为2mnTl5mm。
3.根据权利要求I或2所述的ー种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，其特征在于步骤一所述的超声探头与金属构件的螺栓的螺帽的接触カ为I旷100N。
4.根据权利要求I所述的ー种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应カ的方法，其特征在于步骤ニ所述的超声的频率为20KHz ΙΟΟΚΗζ，超声的功率为100W 1500W。
全文摘要
一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应力的方法，涉及松弛金属构件螺栓连接处残余应力的方法。本发明解决了现有的松弛金属构件螺栓连接处残余应力的方法，处理效率低，处理时间长的问题。一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应力的方法一、将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的螺帽的表面形成刚性的接触，或将材质为金属的超声探头与金属构件螺栓的临近螺帽的区域的表面形成刚性的接触；二、进行超声处理。本发明提供的一种超声松弛金属构件螺栓连接处残余应力的方法应用于高精度仪器仪表制造领域。
文档编号C21D10/00GK102839276SQ20121034968
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者费维栋, 王黎东, 王玮 申请人:哈尔滨工业大学