[发明专利]空化冲击消减和均化构件表面残余应力的方法及其装置

说明书

本申请涉及材料性能研究技术领域，尤其涉及一种空化冲击消减和均化构件表面残余应力的方法及其装置。包括检测并记录待调控构件的待调控部位的应力值；将待调控构件置于内部装有液态流体介质的容器中，并使待调控部位浸入至液态流体介质中；开启超声波换能器及变幅杆，且控制超声波换能器的工作频率在10‑30kHz范围内，并根据待调控部位的应力值大小设定预计调控时间；到达预计调控时间，关闭超声波换能器及所述变幅杆，从容器中取出所述待调控构件；重复步骤S1至步骤S4至少一次，直到应力值不再变化。本申请所提供的方法及装置解决了对高精度加工构件、复杂结构构件、薄壁结构构件及弱刚度构件的表面进行残余应力的消减和均化的问题。

技术领域

本申请涉及材料性能研究技术领域，尤其涉及一种空化冲击消减和均化构件表面残余应力的方法及其装置。

背景技术

工件在机械加工、铸造、焊接、冷加工、热处理等过程中均会在其表面和内部产生应力，对于结构复杂、高精度加工、薄壁、弱刚度等的构件来说，在后期使用过程中会因其表面的残余应力的释放而变形甚至开裂，从而影响其精度和正常使用。因此，应力的控制对于结构复杂、高精度加工、薄壁、弱刚度等的构件来说是非常重要的。常见的残余应力消减方法有自然时效方法、振动时效方法、热时效方法(热处理)以及接触式高能声束调控法等，其中，自然时效方法虽然简单但耗时太长，效率较低；振动时效方法通过激振器使构件产生共振以使构件内部的残余应力得以松弛和减轻，但是由于高精度加工的构件、复杂结构的构件形状不一和薄壁结构构件易折断以及弱刚度构件的刚性较差的原因，该方法对操作人员的技术水平就要求较高，工艺参数设置复杂，如果激振点和参数设置不当，反而会因异常共振模式致使构件形成周期疲劳，甚至损坏，故这种方法不适用于复杂结构构件和刚度较低的构件；热时效方法，即退火热处理，在升温、保温和降温过程中如果工艺参数选择不当，往往达不到消减应力的效果，甚至反而会增加应力变形；接触式高能声束调控法同样不适合高精度加工、复杂结构的构件及薄壁结构、弱刚度的构件，因为该方法若对高精度、复杂结构的构件进行调控，需要设计其专用的声楔块以耦合，这样制作成本较高，对于薄壁结构、弱刚度构件，其发射的高能声束的能量场过大，达到几百兆帕，会导致该薄壁结构或弱刚度构件的结构被破坏。

发明内容

本申请提供了一种空化冲击消减和均化构件表面残余应力的方法及其装置，以解决对高精度加工构件、复杂结构构件、薄壁结构构件及弱刚度构件的表面进行残余应力的消减和均化，以提高该构件的精度及稳定性的问题。

本申请第一方面提供了一种空化冲击消减和均化构件表面残余应力的方法，包括：

步骤S1、检测并记录待调控构件的待调控部位的应力值；

步骤S2、将所述待调控构件置于内部装有液态流体介质的容器中，并使所述待调控部位浸入至所述液态流体介质中；

步骤S3、开启超声波换能器，及一端与所述超声波换能器电连接、另一端浸入至所述液态流体介质中并朝向所述待调控部位设置的变幅杆，且控制所述超声波换能器的工作频率在10～30kHz范围内，并根据所述待调控构件的待调控部位的应力值大小设定预计调控时间；

步骤S4、到达所述预计调控时间，关闭所述超声波换能器及所述变幅杆，从所述容器中取出所述待调控构件；

步骤S5、重复所述步骤S1至所述步骤S4至少一次，直到所述应力值不再变化。