專(zhuān)利名稱(chēng)：利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種殘留應(yīng)力的消除方法，特別是涉及一種利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法。
背景技術(shù)：
目前市面上消除工件殘留應(yīng)力的方法很多，大概可分成熱處理與機(jī)械處理兩種。
利用加熱消除殘留應(yīng)力的方法稱(chēng)為應(yīng)力消除退火(Stress-Relief Annealing)。主要是以適當(dāng)?shù)臏囟?再結(jié)晶溫度)均勻地加熱該工件，然后持溫一段時(shí)間，使該工件在高溫時(shí)產(chǎn)生再結(jié)晶，晶粒重新成長(zhǎng)，釋放殘存于材料內(nèi)部的應(yīng)力。然而，此方法必須精確控制加熱溫度、持溫時(shí)間及冷卻速率，才能完全釋放殘留應(yīng)力，及避免工件收縮不均，反使殘留應(yīng)力增加的情形，熱處理不但設(shè)備較為昂貴、程序及控制條件相當(dāng)繁雜、處理時(shí)間較為冗長(zhǎng)，且上述設(shè)備會(huì)受場(chǎng)地與工件的大小而有所限制。利用機(jī)械方式消除殘留應(yīng)力的方法能夠以錘擊(Peening)為代表，主要是對(duì)焊件的焊道進(jìn)行錘擊，使焊道表面產(chǎn)生壓縮的塑性應(yīng)變，并產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，消除殘留在焊道上的拉伸應(yīng)力。然而，此方法的實(shí)作經(jīng)驗(yàn)多于科學(xué)的數(shù)據(jù)，有控制不易、精確度無(wú)法掌控的缺點(diǎn)。另有一種以振動(dòng)消除工件殘留應(yīng)力的方法，雖然能夠使工件在發(fā)生振動(dòng)時(shí)，達(dá)到消除殘留應(yīng)力的目的，然而，由于振動(dòng)頻率與該工件的共振頻率息息相關(guān)。在振動(dòng)時(shí)部分的能量會(huì)消耗于工件的跳動(dòng)，而另外一部分的能量則用于工件的波動(dòng)，而波動(dòng)越大驅(qū)動(dòng)差排(dislocation)移動(dòng)的效果也越大，對(duì)應(yīng)力的消除也最有貢獻(xiàn)，而在共振點(diǎn)上，工件產(chǎn)生最大的跳動(dòng)，因此用于波動(dòng)的能量則相當(dāng)有限，也直接影響了消除殘留應(yīng)力的效果，所以，在無(wú)法確實(shí)知道適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)情形下，根本無(wú)法提升應(yīng)力消除的效果，對(duì)于振動(dòng)頻率的設(shè)定，也會(huì)因?yàn)楣ぜ牟煌瑹o(wú)法獲得一個(gè)客觀(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。以中國(guó)臺(tái)灣專(zhuān)利第314489號(hào)“以振動(dòng)消除殘留應(yīng)力的方法”的發(fā)明申請(qǐng)案為例，其應(yīng)力消除效果最好的時(shí)機(jī)是依附在主振動(dòng)波且產(chǎn)生最大振幅的高頻波產(chǎn)生時(shí)，然而，由于前述主動(dòng)振動(dòng)波屬于一種低頻波，振動(dòng)源一般來(lái)自于機(jī)械波如偏心凸輪式的振動(dòng)器，頻率在60Hz以?xún)?nèi)，而電磁波的頻率約在300Hz以上，因此，前述專(zhuān)利案只適用于機(jī)械波，而不適用于電磁波，因而在使用的上方便性與實(shí)用性上仍然有能夠提升的空間。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的殘留應(yīng)力消除的方法在方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問(wèn)題，相關(guān)廠(chǎng)商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見(jiàn)適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般方法又沒(méi)有適切的方法能夠解決上述問(wèn)題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問(wèn)題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的殘留應(yīng)力消除的方法存在的缺陷，而提供一種新的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其能夠以諧振波中的波形特性，判斷出消除殘留應(yīng)力的最佳的振動(dòng)頻率，從而能夠忽略不同振動(dòng)源的波形變化，而適用于機(jī)械波與電磁波，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，是以一個(gè)系統(tǒng)做為工具，該系統(tǒng)包含用于傳遞振波的一個(gè)振動(dòng)器、用于量測(cè)振幅與頻率的一個(gè)感測(cè)單元，及用于顯示振幅與頻率的一個(gè)顯示器，該方法包含下列步驟，步驟I :該振動(dòng)器傳遞振波至一個(gè)工件。步驟2 :通過(guò)該感測(cè)單元量測(cè)來(lái)自于該工件的一個(gè)諧振波，并顯示該諧振波的振幅與頻率于該顯示器上。步驟3 :調(diào)整該振動(dòng)器的振動(dòng)頻率，至該顯示器顯示出諧振波中的高頻波產(chǎn)生最大振幅。步驟4 :使該振動(dòng)器以該步驟3的振動(dòng)頻率I. 5Hz的容許范圍，對(duì)該工件施以連續(xù)的諧振波。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。較佳地，前述的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其中所述的諧振波來(lái)自 于機(jī)械波及電磁波其中的一種。較佳地，前述的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其中所述的振動(dòng)器是偏心凸輪式振動(dòng)器及電磁式振動(dòng)器其中的一種。較佳地，前述的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其中步驟3的振動(dòng)頻率等于最大振幅。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果本發(fā)明以諧振波中的波形特性，判斷出消除殘留應(yīng)力的最佳的振動(dòng)頻率，而能夠忽略不同振動(dòng)源的波形變化，使本發(fā)明的適用范圍更廣，有效提升了使用上的方便性與實(shí)用性。綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其主要是以一個(gè)振動(dòng)器傳遞振波至一個(gè)工件，然后通過(guò)一個(gè)感測(cè)單元量測(cè)來(lái)自于該工件的一個(gè)諧振波，并顯示該諧振波的振幅與頻率于一個(gè)顯示器上，再調(diào)整該振動(dòng)器的振動(dòng)頻率，至該顯示器顯示出諧振波中的高頻波產(chǎn)生最大振幅時(shí)，以前述振動(dòng)頻率I. 5Hz的容許范圍對(duì)該工件施以連續(xù)的諧振波。借此，不管是機(jī)械波、或電磁波，都能夠由其諧振波中的波形特性，判斷出消除殘留應(yīng)力的最佳的振動(dòng)頻率，而能夠忽略不同振動(dòng)源的波形變化，使本發(fā)明的適用范圍更廣，有效提升了使用上的方便性與實(shí)用性。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖I是說(shuō)明本發(fā)明利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的系統(tǒng)的一較佳實(shí)施例的主視圖。圖2是該較佳實(shí)施例的一方框圖。圖3是該較佳實(shí)施例的一流程圖。圖4是該較佳實(shí)施例以輸入頻率45Hz所產(chǎn)生的諧振波波形圖，其中(a)為振動(dòng)模式A、(b)為振動(dòng)模式B圖5是圖4諧振波中的高頻波波形圖，其中(a)為振動(dòng)模式A、(b)為振動(dòng)模式B。圖6是該較佳實(shí)施例中使用機(jī)械波的一殘留應(yīng)力消除量與消除比率圖。圖7是該較佳實(shí)施例以輸入頻率375Hz所產(chǎn)生的諧振波波形圖，其中(a)為振動(dòng)模式C、(b)為振動(dòng)模式D、(c)為振動(dòng)模式E。圖8是該較佳實(shí)施例中使用電磁波的一殘留應(yīng)力消除量與消除比率圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法其具體實(shí)施方式
、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中將可清楚呈現(xiàn)。通過(guò)具體實(shí)施方式
的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效獲得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說(shuō)明之用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。請(qǐng)參閱圖I、圖2所示，圖I是說(shuō)明本發(fā)明利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的系統(tǒng)的一較佳實(shí)施例的主視圖。圖2是該較佳實(shí)施例的一方框圖。本發(fā)明利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的系統(tǒng)的一個(gè)較佳實(shí)施例，包含一個(gè)振動(dòng)器I、一個(gè)感測(cè)單元2，及一個(gè)監(jiān)控單元3。該振動(dòng)器I直接放置在一個(gè)工件4上，在本較佳實(shí)施例中，該振動(dòng)器I能夠是產(chǎn)生機(jī)械波的偏心凸輪式振動(dòng)器、或產(chǎn)生電磁波的電磁式振動(dòng)器。值得一提的是，偏心凸輪式振動(dòng)器I是以偏心凸輪(圖未示)轉(zhuǎn)動(dòng)造成振動(dòng)，其頻率與轉(zhuǎn)速成正比，可借由調(diào)整該偏心凸輪的轉(zhuǎn)速，造成不同頻率的振動(dòng)。而電磁式振動(dòng)器I是以一個(gè)電磁式伸縮桿(圖未示)敲擊該工件4造成振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與敲擊速度成正比。該感測(cè)單元2具有直接放置在該工件4上且用于量測(cè)該工件4振幅與頻率的一個(gè)加速規(guī)21，及用于放大該加速規(guī)21量測(cè)信號(hào)的一個(gè)信號(hào)放大器22。該監(jiān)控單元3與該振動(dòng)器I、該感測(cè)單元2電連接，并具有用于顯示該工件4振幅與頻率的一個(gè)顯示器31，及用于控制該振動(dòng)器I連續(xù)對(duì)該工件4施以不同振動(dòng)頻率的一個(gè)控制器32。請(qǐng)參閱圖I、圖2，及圖3所示，圖3是該較佳實(shí)施例的一流程圖。以下即針對(duì)本發(fā)明利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法并結(jié)合實(shí)施例步驟說(shuō)明如后步驟51 :使該振動(dòng)器I、該感測(cè)單元2的加速規(guī)21與該工件4接觸。步驟52 :啟動(dòng)該振動(dòng)器1，使該振動(dòng)器I將振波傳遞至該工件4，借此，使該工件4同步產(chǎn)生振動(dòng)。步驟53 :通過(guò)該感測(cè)單元2量測(cè)來(lái)自于該工件4的一個(gè)諧振波，并顯示前述諧振波的振幅與頻率于該顯示器31。值得一提的是，前述諧振波波形的性質(zhì)行進(jìn)時(shí)介質(zhì)上的質(zhì)點(diǎn)只會(huì)在原地做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。步驟54 :漸漸提高該振動(dòng)器I產(chǎn)生振波的頻率，且通過(guò)該顯示器31顯示的波形來(lái)決定恰當(dāng)?shù)妮斎腩l率，當(dāng)諧振波波形中的高頻波振幅呈現(xiàn)最大時(shí)，即為最佳的頻率，以諧振波來(lái)自于電磁波為例，其輸入的頻率約為375Hz，以諧振波來(lái)自于機(jī)械波為例，其輸入的頻率約為45Hz。步驟55 以步驟54的輸入頻率45Hz I. 5Hz的容許范圍或輸入頻率375Hz I. 5Hz的容許范圍，對(duì)該工件4連續(xù)施以振動(dòng)約二十分鐘，使該工件4在諧振波的高頻波振幅呈現(xiàn)最大，或介于最大振幅與最大振幅-I. 5Hz間時(shí),有效地消除大部分的殘留應(yīng)力。當(dāng)輸入頻率為45Hz時(shí)，以經(jīng)過(guò)氬焊的兩塊試片為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別進(jìn)行主振動(dòng)的共振波(振動(dòng)模式A)，及本發(fā)明諧振波中最大振幅的高頻波(振動(dòng)模式B)等兩種振蕩處理，比對(duì)殘留應(yīng)力消除的效果。
本實(shí)施例所采用的材料試片為SS41低碳鋼板材，試片的尺寸為450 X 300 X 14 (mm)。首先是將試片放置在溫度為900°C的爐中一個(gè)小時(shí)，進(jìn)行應(yīng)力釋放的處理，的后進(jìn)行爐冷。退火后的試片表面，使用400號(hào)的砂紙清除銹皮，并用丙酮清洗干凈，處理后，即采用X-ray繞射法對(duì)焊件進(jìn)行殘留應(yīng)力的量測(cè)。振蕩處理時(shí)，是經(jīng)由顯示器31顯示出頻率與振幅，其中主振動(dòng)波中的振幅最高點(diǎn)即為主振動(dòng)波的共振點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的頻率即為共振頻(振動(dòng)模式A，輸入頻率為47. 8Hz)，其振動(dòng)波形如圖4的(a)所示；本發(fā)明諧振波中最大振幅的高頻波(振動(dòng)模式B，輸入頻率為45Hz)，其振動(dòng)波形如圖4的(b)所示。本實(shí)施例應(yīng)力的量測(cè)采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)E837規(guī)范的“Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method，，量測(cè)。請(qǐng)參閱圖5所示，是圖4諧振波中的高頻波波形圖，其中(a)為振動(dòng)模式A、(b)為振動(dòng)模式B。將圖4中諧振波的波形進(jìn)行分離，會(huì)發(fā)現(xiàn)諧振波中頻率極高的高頻波。請(qǐng)參閱圖6所示，是該較佳實(shí)施例中使用機(jī)械波的一殘留應(yīng)力消除量與消除比率圖。從圖中能夠清楚的看出，使用振動(dòng)模式A的殘留應(yīng)力消除比率為28. 4% ;而以本發(fā)明振動(dòng)模式B的殘留應(yīng)力消除比率39. 3%為最佳。意即當(dāng)諧振波中高頻波的振幅達(dá)到最大時(shí)，消除殘留應(yīng)力的效果最佳。請(qǐng)參閱圖7所示，是該較佳實(shí)施例以輸入頻率375Hz所產(chǎn)生的諧振波波形圖，其中(a)為振動(dòng)模式C、(b)為振動(dòng)模式D、(c)為振動(dòng)模式E。當(dāng)輸入頻率為375Hz時(shí)，以經(jīng)過(guò)氬焊的四塊試片為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別進(jìn)行頻率低于諧振波中最大振幅的高頻波(振動(dòng)模式C，輸入頻率為250Hz，振幅值為I. 36V)、本發(fā)明諧振波中最大振幅的高頻波(振動(dòng)模式D，輸入頻率為375Hz，振幅值為2. 57V)、頻率高于諧振波中最大振幅的高頻波(振動(dòng)模式E，輸入頻率為390Hz，振幅值為I. 838V)等振動(dòng)處理，比對(duì)殘留應(yīng)力消除的效果。本實(shí)施例所采用的材料試片為AISI304不銹鋼，試片的尺寸為100X80X5(mm)。將試片表面經(jīng)由砂紙依序研磨，再分別以I U m及0. 3 y m氧化鋁粉進(jìn)行拋光，并采用X-ray繞射法對(duì)焊件進(jìn)行殘留應(yīng)力的量測(cè)。在振動(dòng)處理時(shí)，是經(jīng)由該顯示器31顯示出頻率與振幅，其中振動(dòng)模式C的振動(dòng)波形如圖7的(a)所示，其殘留應(yīng)力消除比率為54. 4% (如圖8)，本發(fā)明振動(dòng)模式D的振動(dòng)波形如圖7的(b)所示，其殘留應(yīng)力消除比率68. 7% (如圖8)。振動(dòng)模式E的振動(dòng)波形如圖7的(c)所示，其殘留應(yīng)力消除比率56. 7% (如圖8)。意即當(dāng)諧振波中高頻波的振幅達(dá)到最大時(shí)，消除殘留應(yīng)力的效果最佳。據(jù)上所述可知，本發(fā)明的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法具有下列優(yōu)點(diǎn)及功效
不管輸入頻率是45Hz或375Hz的振波，都會(huì)產(chǎn)生波形為復(fù)合波的諧振波，因此，不管是機(jī)械波、或電磁波，都能夠由其諧振波中的波形特性，判斷出消除殘留應(yīng)力的最佳的振動(dòng)頻率，而能夠忽略不同振動(dòng)源的波形變化，使本發(fā)明的適用范圍更廣，有效提升了使用上的方便性與實(shí)用性。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其特征在于，其是以一個(gè)系統(tǒng)做為工具，該系統(tǒng)包含用于傳遞振波的一個(gè)振動(dòng)器、用于量測(cè)振幅與頻率的一個(gè)感測(cè)單元，及用于顯示振幅與頻率的一個(gè)顯示器，該方法包含以下步驟 步驟I:該振動(dòng)器傳遞振波至一個(gè)工件； 步驟2 :通過(guò)該感測(cè)單元量測(cè)來(lái)自于該工件的一個(gè)諧振波，并顯示該諧振波的振幅與頻率于該顯示器上； 步驟3 :調(diào)整該振動(dòng)器的振動(dòng)頻率，至該顯示器顯示出諧振波中的高頻波產(chǎn)生最大振幅；以及 步驟4 :使該振動(dòng)器以該步驟3的振動(dòng)頻率I. 5Hz的容許范圍，對(duì)該工件施以連續(xù)的諧振波。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其特征在于，前述諧振波來(lái)自于機(jī)械波及電磁波其中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其特征在于，該振動(dòng)器是偏心凸輪式振動(dòng)器及電磁式振動(dòng)器其中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其特征在于，步驟3的振動(dòng)頻率等于最大振幅。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種利用波形特性協(xié)助殘留應(yīng)力消除的方法，其主要是以一個(gè)振動(dòng)器傳遞振波至一個(gè)工件，然后通過(guò)一個(gè)感測(cè)單元量測(cè)來(lái)自于該工件的一個(gè)諧振波，并顯示該諧振波的振幅與頻率于一個(gè)顯示器上，再調(diào)整該振動(dòng)器的振動(dòng)頻率，至該顯示器顯示出諧振波中的高頻波產(chǎn)生最大振幅時(shí)，以前述振動(dòng)頻率1.5Hz的容許范圍對(duì)該工件施以連續(xù)的諧振波。借此，不管是機(jī)械波、或電磁波，都能夠由其諧振波中的波形特性，判斷出消除殘留應(yīng)力的最佳的振動(dòng)頻率，而能夠忽略不同振動(dòng)源的波形變化，使本發(fā)明的適用范圍更廣，有效提升了使用上的方便性與實(shí)用性。
文檔編號(hào)C21D10/00GK102643974SQ201110433859
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者吳威德 申請(qǐng)人:李德財(cái)