[发明专利]一种基于弹性声波的金属框架残余应力消减与均化方法

说明书

本发明提供了一种基于弹性声波的金属框架残余应力消减与均化方法，包括：基于金属框架的残余应力分布和材料特性，确定弹性声波注入方案，所述注入方案的内容至少包括下列之一：弹性声波注入方向数及相应注入方向、弹性声波激励方案和弹性声波工作参数；所述金属框架放置于基体内，固定其内外框；基于所确定出的弹性声波的激励方案，装配弹性声波的激励装置；基于所确定出的弹性声波工作参数，从至少一个方向注入弹性声波到所述金属框架内部，对所述金属框架残余应力进行消减与均化；如果单轮对所述金属框架残余应力消减与均化不达要求，进行多轮消减与均化，从而实现对所述金属框架的残余应力高效无损的消减与均化。

技术领域

本发明涉及金属架构加工领域，特别是一种基于弹性声波的金属框架残余应力消减与均化方法。

背景技术

钛合金因其优异的力学和机械性能而被广泛用于航空航天领域，但因其弹性模量小、导热系数低而成为了一种难加工材料。在加工制备小型薄壁框架构件时，经铣削、线切割等工艺后必然会在工件内部引入不均匀分布的残余应力场。而经锻造成型的钛合金胚料在制备后本身含有一定程度的残余应力，与加工后产生的残余应力场相互叠加作用后，将在残余应力集中处引发变形，严重影响到后续装配及使役过程中构件的力学性能和疲劳寿命。

传统的金属构件残余应力消除方法包括自然时效法、去应力退火、振动时效法、超声冲击等。自然时效法残余应力消除效率较低，且需要长时间占用大量场地，已逐步被淘汰。去应力退火方法对工艺要求严格，若降温速率、退火温度等处理不当则会引入附加残余应力，且能耗较高。振动时效法虽然能有效消除残余应力，但其局限性在于不能较好的应用于变截面和变厚度及带有孔特征的构件，调控现场噪音很大。而超声冲击法在消除过程中可能会给金属表面造成微细裂纹损伤，并且无法调控内部残余应力状态，实际应用受到很大限制。

因此，本发明提出了一种基于弹性声波的金属框架残余应力消减与均化方法，在不损伤金属框架的情况下高效均化和消减过大的残余应力值，预防后续装配服役过程中构件发生变形。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种基于弹性声波的金属框架残余应力消减与均化方法，包括：

基于金属框架的残余应力分布和材料特性，确定弹性声波注入方案，所述注入方案的内容至少包括下列之一：弹性声波注入方向数及相应注入方向、弹性声波激励方案和弹性声波工作参数；

所述金属框架放置于基体内，固定其内外框；

基于所确定出的弹性声波的激励方案，装配弹性声波的激励装置；

基于所确定出的弹性声波工作参数，从至少一个方向注入弹性声波到所述金属框架内部，对所述金属框架残余应力进行消减与均化。

由上，固定所述金属框架于装置工装内，可防止在弹性声波注入过程中所述金属框架发送形变；基于所述金属框架的残余应力分布，从至少一个方向注入弹性声波，超过1个方向注入时在所述金属框架内实现弹性声波能量叠加，实现高效无损消减与均化所述金属框架的残余应力。

其中，判断对所述金属框架残余应力消减与均化未达要求时，进行多轮所述消减与均化。

由上，为了不损伤所述金属框架的刚度，需要控制所述弹性声波的幅度和注入时长，在对所述金属框架残余应力单轮消减与均化未达要求时，进行多轮所述消减与均化。

其中，所述弹性声波的注入方向对齐所述金属框架残余应力的待控位置，且判断为下述之一时使所述弹性声波注入的方向数超过1：

判断所述金属框架残余应力的待控位置超过1个且1个注入方向无法覆盖全部残余应力的待控位置；

判断所述金属框架的1个待控位置的残余应力需要注入弹性声波方向数大于1。