專利名稱：一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法。
背景技術(shù)：
螺栓連接是金屬構(gòu)件連接最主要的ー種方式，對(duì)于異質(zhì)材料，通過螺栓進(jìn)行連接吋，螺紋和螺栓接觸面局部一般會(huì)保存一定的殘余應(yīng)力，若該殘余應(yīng)カ較大，則在使用過程中可能因材料局部因蠕變而松弛殘余應(yīng)力，這種情況對(duì)于鋁合金等弾性模量較低、屈服應(yīng)力較低的材料而言更為普遍，上述可松弛的殘余應(yīng)カ可稱為不穩(wěn)定殘余應(yīng)力。對(duì)于一般精度的儀器來說，不穩(wěn)定殘余應(yīng)カ松弛過程導(dǎo)致構(gòu)件的形變可忽略不計(jì)，但對(duì)于高精度儀器儀表而言，如果不能及時(shí)消除這種殘余應(yīng)力，在高精度儀器儀表的使用過程中，由于應(yīng)カ逐步松弛所造成構(gòu)件的微小尺寸變化，最終導(dǎo)致零部件失效，因此不穩(wěn)定殘余應(yīng)カ松弛產(chǎn)生的誤差不能忽略，松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ成為高精度儀器儀表的制造的關(guān)鍵問 題。對(duì)金屬構(gòu)件殘余應(yīng)カ消除常用的有溫度處理和機(jī)械振動(dòng)處理，而對(duì)于金屬構(gòu)件中螺栓連接處的殘余應(yīng)力，處理效率低(一般為30°/Γ40%)，處理時(shí)間長(一般為2小時(shí)以上)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，處理效率低，處理時(shí)間長的問題，而提供了一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法。一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，具體是按以下步驟完成的一、將材質(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的螺帽的表面形成剛性的接觸，或?qū)⒉馁|(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的臨近螺帽的區(qū)域的表面形成剛性的接觸；其中，臨近螺帽的區(qū)域?yàn)槁菝碧幰月菟ㄝS心為原點(diǎn)，以兩倍于螺帽半徑范圍內(nèi)的區(qū)域且不包含螺帽本身的區(qū)域；ニ、進(jìn)行超聲處理IOs 3600s，即完成金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的松弛。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，可以在IOs 3600s的時(shí)間內(nèi)使金屬構(gòu)件螺栓連接處的殘余應(yīng)カ降低85%以上。


圖I為試驗(yàn)一中處理樣品的示意圖；其中，I為整體支架，2為超聲探頭，3為合金鋼零件，4為連接螺栓，5為鋁合金零件，6為升降臺(tái)。圖2為試驗(yàn)一中的樣品的螺栓的螺帽處殘余應(yīng)カ與超聲處理的時(shí)間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式
來作進(jìn)ー步的說明，然而本發(fā)明技術(shù)方案卻不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是ー種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，具體是按以下步驟完成的一、將材質(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的螺帽的表面形成剛性的接觸，或?qū)⒉馁|(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的臨近螺帽的區(qū)域的表面形成剛性的接觸；其中，臨近螺帽的區(qū)域?yàn)槁菝碧幰月菟ㄝS心為原點(diǎn)，以兩倍于螺帽半徑范圍內(nèi)的區(qū)域且不包含螺帽本身的區(qū)域；ニ、進(jìn)行超聲處理IOs 3600s，即完成金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的松弛。本實(shí)施方式所述的探頭為金屬材質(zhì)，容易加工，傳遞超聲的能力好。本實(shí)施方式所述的形成剛性的接觸，超聲的能量能夠更好的傳遞到螺栓上，而采用柔性的介質(zhì)會(huì)對(duì)超聲有較大的吸收，超聲通過柔性介質(zhì)能量損失大。本實(shí)施方式利用X射線衍射法對(duì)金屬構(gòu)件的螺栓連接處的以螺栓軸心為原點(diǎn)，在三倍于螺帽半徑范圍內(nèi)的區(qū)域的任意一點(diǎn)進(jìn)行微區(qū)應(yīng)カ測(cè)量，如果經(jīng)過超聲消除殘余應(yīng)カ 處理后材料的殘余應(yīng)カ小于該材料的屈服強(qiáng)度的40%，并且繼續(xù)進(jìn)行同樣超聲處理后，殘余應(yīng)カ變化小于屈服強(qiáng)度20%，則螺栓的不穩(wěn)定殘余應(yīng)カ已經(jīng)松弛。本實(shí)施方式提供的一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，可以在IOs 3600s的時(shí)間內(nèi)使金屬構(gòu)件螺栓連接處的殘余應(yīng)カ降低85%以上。本實(shí)施方式提供的一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，相比于利用超聲對(duì)整體進(jìn)行處理，可以更好的利用超聲，效率高，可以在相同的超聲功率的情況下得到更好的效果，同時(shí)對(duì)其它部分的影響也要小。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟一所述的螺帽的外徑為lmnT20mm，步驟一所述的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的螺帽的表面形成剛性的接觸所采用的超聲探頭的形狀為棒狀、階梯狀、圓臺(tái)狀、指數(shù)狀、懸鏈狀、高斯形狀或圓筒狀且所采用的超聲探頭的橫截面積為O. 5mnT400mm2 ;步驟一所述的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的臨近螺帽的區(qū)域的表面形成剛性的接觸所采用的探頭為圓筒形，圓筒的內(nèi)徑比螺帽的外徑大ImnTlOmm,圓筒壁厚為2mnTl5mm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式所述的超聲探頭為棒狀時(shí)，可以更好的與螺栓接觸。本實(shí)施方式所述的超聲探頭可以根據(jù)螺栓的大小不同，采用不同大小的探頭。不同大小的探頭和螺栓緊密接觸，使超聲最大限度的作用在螺栓附近。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或ニ的不同點(diǎn)是步驟一所述的超聲探頭與金屬構(gòu)件的螺栓的螺帽的接觸カ為I曠100N。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三的不同點(diǎn)是步驟ニ所述的超聲的頻率為20KHz ΙΟΟΚΗζ，超聲的功率為100W 1500W。其它與具體實(shí)施方式
一至三相同。采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果試驗(yàn)一一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，具體是按以下步驟完成的一、將金屬超聲探頭與樣品的螺栓的螺帽處的表面形成剛性的接觸，超聲探頭的直徑為3_2，螺栓的螺帽的直徑為2_，超聲探頭與金屬構(gòu)件的螺栓的螺帽的接觸カ為IN ；ニ、進(jìn)行超聲600s ;其中，超聲頻率為20KHz，超聲功率為1000W。試驗(yàn)一中處理樣品的示意圖如圖I所示，圖I為試驗(yàn)一處理樣品的示意圖，其中，I為整體支架(起固定超聲探頭和升降臺(tái)的作用)，2為超聲探頭(棒狀，直徑為2mm)，3為合金鋼(3J33)零件，4為連接螺栓(螺帽的直徑為3mm)，5為鋁合金(Z1702)零件，6為升降臺(tái)(調(diào)節(jié)超聲探頭與樣品的螺栓的螺帽處的表面的接觸カ為IN)； 利用X射線衍射的Sin2W法對(duì)樣品的螺栓的螺帽處的以螺栓軸心為原點(diǎn)，在三倍于螺栓半徑范圍內(nèi)的區(qū)域的任意一點(diǎn)進(jìn)行微區(qū)的殘余應(yīng)カ的測(cè)量，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。圖2為試驗(yàn)一中的樣品的螺栓的螺帽處殘余應(yīng)カ與超聲處理的時(shí)間的關(guān)系圖。從圖2中，可以觀察到樣品的螺栓的螺帽處在未經(jīng)過超聲處理時(shí)的殘余應(yīng)カ為202MPa ;經(jīng)過試驗(yàn)一提供的方法超聲處理300s時(shí)，樣品的螺栓的螺帽處的殘余應(yīng)カ為64MPa，比未經(jīng)過超聲處 理時(shí)的殘余應(yīng)カ降低了 68. 32% ;經(jīng)過試驗(yàn)一提供的方法超聲處理600s時(shí)，樣品的螺栓的螺帽處的殘余應(yīng)カ為25. 43MPa，比未經(jīng)過超聲處理時(shí)的殘余應(yīng)カ降低了 87. 41%。
權(quán)利要求
1.一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，其特征在于超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，具體是按以下步驟完成的 一、將材質(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的螺帽的表面形成剛性的接觸，或?qū)⒉馁|(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的臨近螺帽的區(qū)域的表面形成剛性的接觸；其中，臨近螺帽的區(qū)域?yàn)槁菝碧幰月菟ㄝS心為原點(diǎn)，以兩倍于螺帽半徑范圍內(nèi)的區(qū)域且不包含螺帽本身的區(qū)域； ニ、進(jìn)行超聲處理IOs 3600s，即完成金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的松弛。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，其特征在于步驟一所述的螺帽的外徑為lmnT20mm，步驟一所述的材質(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的螺帽的表面形成剛性的接觸所采用的超聲探頭的形狀為棒狀、階梯狀、圓臺(tái)狀、指數(shù)狀、懸鏈狀、高斯形狀或圓筒狀且所采用的超聲探頭的橫截面積為O. 5mnT400mm2 ;步驟一所述的材質(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的臨近螺帽的區(qū)域的表面形成剛性的接觸所采用的探頭為圓筒形，圓筒的內(nèi)徑比螺帽的外徑大ImnTlOmm,圓筒壁厚為2mnTl5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，其特征在于步驟一所述的超聲探頭與金屬構(gòu)件的螺栓的螺帽的接觸カ為I曠100N。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)カ的方法，其特征在于步驟ニ所述的超聲的頻率為20KHz ΙΟΟΚΗζ，超聲的功率為100W 1500W。
全文摘要
一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)力的方法，涉及松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)力的方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)力的方法，處理效率低，處理時(shí)間長的問題。一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)力的方法一、將材質(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的螺帽的表面形成剛性的接觸，或?qū)⒉馁|(zhì)為金屬的超聲探頭與金屬構(gòu)件螺栓的臨近螺帽的區(qū)域的表面形成剛性的接觸；二、進(jìn)行超聲處理。本發(fā)明提供的一種超聲松弛金屬構(gòu)件螺栓連接處殘余應(yīng)力的方法應(yīng)用于高精度儀器儀表制造領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C21D10/00GK102839276SQ20121034968
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者費(fèi)維棟, 王黎東, 王瑋 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)