用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统的制作方法

本发明涉及高频振动时效技术领域，特指一种用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统。

背景技术：

振动时效技术具有处理效果好、快捷方便、能耗少、处理时间短、环境污染小等一系列优点，目前已经被广泛使用在机械加工制造的各个过程中，且已经成为备受瞩目的节能环保型残余应力消除技术。传统低频振动时效技术采用可调速电机作为激振设备，导致其激振频率通常小于200hz，表明传统低频振动时效技术的可选振型非常有限；同时传统低频振动时效技术是通过对结构件进行整体激振的方式来消除残余应力的，导致了传统低频振动时效技术在消除结构件局部残余应力或大型焊接结构件残余应力时效果非常有限。高频振动时效技术采用电磁式激振器作为激振设备，其激振频率可以达到10khz，扩展了振动时效技术的应用范围，但是电磁式激振器输出的振动能量有限，因此对结构件采用整体激振的方式进行高频振动时效处理，导致高频振动时效技术仅适用于消除小尺寸结构件的残余应力。

目前大型焊接结构件已经在机械工程领域中得到了广泛的应用，而在其焊接接头区域分布有较大的焊接残余应力，并且焊接残余应力属于拉伸应力，会降低焊接接头的力学性能，也会加速结构件的应力腐蚀开裂，因此如何消除大型焊接结构件焊接接头区域分布的较大拉伸残余应力已经成为大型焊接结构件研究领域的关键科学问题之一。针对高频振动时效技术消除大型焊接结构件焊接残余应力存在的不足，本发明提出一种用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，即以电磁式激振器和高频振动振幅放大装置为基础搭建用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，对结构件局部区域进行高频冲击振动处理，将高频振动能量直接作用在材料的局部区域，促使材料局部区域产生塑性变形从而达到消除残余应力的目的。

技术实现要素：

为了解决高频振动时效技术难以消除大型焊接结构件焊接残余应力的问题，本发明提出一种用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，即以电磁式激振器和高频振动振幅放大装置为基础搭建用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，能够对结构件局部区域进行高频冲击振动处理，将高频振动能量直接作用在材料的局部区域，促使材料局部区域产生塑性变形从而达到消除残余应力的目的。

用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，包括pc机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动振幅放大装置、加速度传感器、电荷放大器以及示波器；高频振动振幅放大装置包括冲击振动传递杆、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的安装平台；冲击振动传递杆为阶梯形的圆柱传递杆，包括小圆柱传递杆、大圆柱传递杆；冲击振动传递杆的最大截面面积小于安装平台的截面面积；冲击振动传递杆的长度大于安装平台的厚度；小圆柱传递杆的表面与大型焊接结构件焊接接头区域相互接触，大圆柱传递杆与安装平台连接；pc机包括信号发生器驱动模块、示波器驱动模块、冲击振动传递杆轴向共振频率确定模块；

pc机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器，驱动电磁式激振器产生高频振动；信号发生器输出的正弦激振信号的频率为冲击振动传递杆的轴向共振频率；

加速度传感器安装在大圆柱传递杆的表面，加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入端连接，电荷放大器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端与pc机连接。

进一步，所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现pc机对信号发生器的控制；所述的示波器驱动模块安装有驱动示波器的软件，实现pc机对示波器的控制以及数据读取与显示。

进一步，所述的冲击振动传递杆一体成形，且所述的冲击振动传递杆与安装平台通过螺纹进行连接；所述的安装平台为圆柱体。

进一步，所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1khz的高频振动，其最高激振频率可以达到10khz。

进一步，所述的加速度传感器为压电式加速度传感器。

进一步，所述的小圆柱传递杆的直径d大于焊接接头区域的宽度l。所述的焊接接头区域包括焊缝区域和热影响区域；所述的焊接残余应力主要集中于所述的焊接接头区域；所述的小圆柱传递杆的直径d大于焊接接头区域的宽度l，可以确保小圆柱传递杆的表面覆盖整个焊接接头区域，从而对焊接接头区域的拉伸残余应力进行有效的消除。目前常用的焊接技术主要包括激光焊接、气体保护焊、等离子弧焊接等技术，所产生的焊接接头区域的宽度通常小于10mm。

进一步，所述的冲击振动传递杆轴向共振频率确定模块采用扫频测试的方法确定冲击振动传递杆的轴向共振频率，即pc机控制信号发生器输出的正弦激振信号的幅值保持恒定，然后pc机控制信号发生器输出的频率由低到高进行变化，同时pc机记录下每一个频率对应的示波器显示的波形，并得到波形峰值最大的频率，该频率即为冲击振动传递杆的轴向共振频率。

具体来说，由pc机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动振幅放大装置、加速度传感器、电荷放大器以及示波器组成用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，能够将高频振动能量直接注入到待消除残余应力的结构件表面的局部区域，对结构件进行局部高频冲击振动消除残余应力的处理。加速度传感器、电荷放大器、示波器以及pc机组成冲击振动传递杆的轴向共振频率确定单元，即通过扫频测试得到冲击振动传递杆的轴向共振频率，在该频率下对大型焊接结构件表面进行高频冲击振动处理，能够提高注入到大型焊接结构件表面局部区域的高频振动能量，从而提高高频冲击振动时效消除大型焊接结构件焊接残余应力的效果。

本发明的技术构思是：由pc机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动振幅放大装置、加速度传感器、电荷放大器以及示波器组成用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统；小圆柱传递杆的表面与大型焊接结构件焊接接头区域相互接触；在冲击振动传递杆的轴向共振频率下对大型焊接结构件进行局部高频冲击振动时效处理。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提出一种用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，能够将高频振动能量直接注入到大型焊接结构件表面的局部区域，实现通过高频振动的方式来消除大型焊接结构件的焊接残余应力，提高高频振动时效技术的应用范围。

2、通过在冲击振动传递杆的轴向共振频率下对大型焊接结构件进行高频冲击振动时效处理，能够放大电磁式激振器输出的振动能量，即提高了作用在大型焊接结构件上的振动能量，能够显著的改善高频冲击振动时效消除大型焊接结构件焊接残余应力的效果。

3、本发明提出的一种用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统不仅能够消除大型焊接结构件的焊接残余应力，也能够消除小尺寸结构件的残余应力。

4、本发明提出的高频振动振幅放大装置由安装平台和冲击振动传递杆组成，其中安装平台通过螺纹连接的形式固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上，冲击振动传递杆与安装平台通过螺纹连接，而冲击振动传递杆为一体成形，在使用过程中可以根据实际需要更换冲击振动传递杆，如果连同安装平台一起更换的话，很容易损坏电磁式激振器运动部件上的螺纹孔，因此本发明提出的高频振动振幅放大装置能够提高整个高频冲击振动装置的使用寿命，同时也能够提高高频冲击振动装置的应用范围。

附图说明

图1用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统示意图。

图2高频振动振幅放大装置示意图。

图3冲击振动传递杆示意图。

图4大型焊接结构件焊接接头示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，包括pc机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动振幅放大装置3、加速度传感器2、电荷放大器以及示波器；高频振动振幅放大装置3包括冲击振动传递杆31、固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上的安装平台32；冲击振动传递杆31为阶梯形的圆柱传递杆31，包括小圆柱传递杆31a、大圆柱传递杆31b；冲击振动传递杆31的最大截面面积小于安装平台32的截面面积；冲击振动传递杆31的长度大于安装平台32的厚度；小圆柱传递杆31a的表面与大型焊接结构件1焊接接头区域相互接触，大圆柱传递杆31b与安装平台32连接；pc机包括信号发生器驱动模块、示波器驱动模块、冲击振动传递杆轴向共振频率确定模块；

pc机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器，驱动电磁式激振器产生高频振动；信号发生器输出的正弦激振信号的频率为冲击振动传递杆31的轴向共振频率；

加速度传感器安装在大圆柱传递杆31b的表面，加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入端连接，电荷放大器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端与pc机连接。

进一步，所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现pc机对信号发生器的控制；所述的示波器驱动模块安装有驱动示波器的软件，实现pc机对示波器的控制以及数据读取与显示。

进一步，所述的冲击振动传递杆31一体成形，且所述的冲击振动传递杆31与安装平台32通过螺纹进行连接；所述的安装平台32为圆柱体。

进一步，所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1khz的高频振动，其最高激振频率可以达到10khz。

进一步，所述的加速度传感器2为压电式加速度传感器。

进一步，所述的小圆柱传递杆31a的直径d大于焊接接头区域的宽度l。所述的焊接接头区域包括焊缝区域6和热影响区域7；所述的焊接残余应力主要集中于所述的焊接接头区域；所述的小圆柱传递杆31a的直径d大于焊接接头区域的宽度l，可以确保小圆柱传递杆31a的表面覆盖整个焊接接头区域，从而对焊接接头区域的拉伸残余应力进行有效的消除。目前常用的焊接技术主要包括激光焊接、气体保护焊、等离子弧焊接等技术，所产生的焊接接头区域的宽度通常小于10mm。

进一步，所述的冲击振动传递杆轴向共振频率确定模块采用扫频测试的方法确定冲击振动传递杆31的轴向共振频率，即pc机控制信号发生器输出的正弦激振信号的幅值保持恒定，然后pc机控制信号发生器输出的频率由低到高进行变化，同时pc机记录下每一个频率对应的示波器显示的波形，并得到波形峰值最大的频率，该频率即为冲击振动传递杆31的轴向共振频率。

具体来说，由pc机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动振幅放大装置3、加速度传感器2、电荷放大器以及示波器组成用于消除大型焊接结构件残余应力的高频冲击振动系统，能够将高频振动能量直接注入到待消除残余应力的结构件1表面的局部区域，对结构件1进行局部高频冲击振动消除残余应力的处理。加速度传感器2、电荷放大器、示波器以及pc机组成冲击振动传递杆31的轴向共振频率确定单元，即通过扫频测试得到冲击振动传递杆31的轴向共振频率，在该频率下对大型焊接结构件1表面进行高频冲击振动处理，能够提高注入到大型焊接结构件1表面局部区域的高频振动能量，从而提高高频冲击振动时效消除大型焊接结构件1焊接残余应力的效果。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。