振动消除应力和振动焊接过程中的参数检测方法及其应用

摘要

本发明涉及一种振动消除应力和振动焊接过程中的参数检测方法，属于机械加工方法；本发明是利用传感器检测三个方向的参数或者三个方向的合成参数，参数包括振动加速度、振动幅值和动应力，其中所述的参数可以是矢量，也可以是非矢量；由于采用传感器观测三个方向的参数，所以可以全面反映所有振动参数的变化情况，有效控制振动消除应力和振动焊接的过程，在保证加工质量的同时不对工件造成损害。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在振动消除应力和振动焊接过程中的参数检测方法，属于机械加工方法。

背景技术

振动消除应力(Vibration Stress Relief)又称为振动时效，应用于黑色金属和有色金属机械结构件在铸造、锻压、焊接和切削加工后的残余应力消除或均化(匀化)，防止变形或开裂。振动消除应力需要检测振动的参数，即振动加速度或振动幅度或振动产生的动应力，通过对检测获得的参数进行分析和判断控制振动消除应力的过程，其效果的判断方法依照中华人民共和国机械行业标准JB/T5926和JB/T10375进行。

振动焊接又称为焊接调制，应用于黑色金属和有色金属机械结构件的焊接过程辅助，其作用是减少焊接应力的产生和细化焊接金相晶粒，可免除合金结构件的焊接预热或减低预热温度，提高焊接质量和防止开裂、变形。振动焊接需要检测振动的参数，即振动加速度或振动幅度或振动产生的动应力，通过对检测获得的参数控制振动焊接的过程。

公知的振动消除应力和振动焊接的参数检测是一维的，即在单一方向上检测，通过加速度传感器、振动幅值传感器和动应力传感器获得一维参数，控制振动消除应力和振动焊接的工艺过程。这种方法存在以下不足：一维参数检测有很强的方向性，如果振动方向和检测方向不一致，就不能真实反映振动的强度，在振动消除应力的过程中有可能对工件造成疲劳损害甚至损坏工件，同时单向参数所反映的振动变化量准确性不够而直接影响加工质量；在振动焊接的过程中则有可能使加载的振动量过大而对焊接质量造成影响。所以有必要发明一种新的检测方法来取代，同时设计出新的、准确的控制过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维的振动消除应力和振动焊接检测方法，并创造出一种新的振动消除应力和振动焊接的控制过程。

本发明的技术方案是通过以下途径实现的，它是利用传感器检测三个方向的参数或者三个方向的合成参数，参数包括振动加速度、振动幅值和动应力，其中所述的参数可以是矢量，也可以是非矢量。

本发明由于采用三维传感器观测三个方向的参数，所以可以全面反映所有振动参数的变化情况，有效控制振动消除应力和振动焊接的过程，在保证加工质量的同时不对工件造成损害。

附图说明

图1是采用三维传感器的具体实施示意图；

图2是采用三个一维传感器的具体实施示意图；

图3是采用一个二维传感器和一个一维传感器具体实施示意图；

图4是传感器检测的振动参数及其合成矢量示意图；

图5是检测的振动参数6、7、8与其合成振动参数12夹角示意图；

图6是6和7合成参数9、7和8合成参数10、6和8合成参数11与合成振动参数夹角示意；

图7是合成振动参数12在振动消除应力过程中的变化示意；

图8是合成振动参数12与二维平面的夹角17在振动消除应力过程中的变化示意。

具体实施方式

下面结合附图并以三维传感器为例详细描述本发明的具体实施方式。

如图1所示，被检测的工件1由弹性件5支撑于地基上，振动激励由控制器3驱动振动源4产生，三维振动检测传感器2置于工件1上并与控制器3相连，传感器2可以检测6、7、8三个方向的振动参数(振动加速度、振动幅值或动应力)或6、7、8的合成量振动参数12，12的获得也可由6、7、8计算获得，同时可计算的合成振动参数包括9、10、11及其夹角13、14、15、16、17、18，所有参数可以是矢量的或非矢量的(如图4、5、6所示)。三维检测的振动参数显然比一维检测更准确，使振动消除应力和振动焊接的控制过程更为准确和控制过程更全面，创造了一种技术性能优越的检测和控制方法。

如图4所示，现有的技术振动参数检测是单方向一维的，一维的振动参数是检测6、7、8中的一个，这样就不能真实的反映实际最大的振动量，实际振动量最大可能是检测量的数倍甚至几十倍，容易造成工件的损坏或减少疲劳寿命；一维振动参数的检测还可能只是一个方向分量，很多情况下不能反映振动参数的实际变化，因此就不能使振动消除应力和振动焊接的加工达到最佳效果，甚至无法准确地判断和控制工艺过程。

再如图4所示，本发明所采用的传感器可同时检测6、7、8三个方向(三维)或直接检测合成参数12，其参数12也可由6、7、8通过计算获得，同时可计算获得的还有二维参数9、10、11和图5、图6的矢量(非矢量)夹角13、14、15、16、17、18。三维振动参数6、7、8的检测可准确反映其合成参数12所表示的最大振动量，配合12和二维平面的夹角(16、17、18之一)，即可全面反映所有振动参数的变化情况，有效控制振动消除应力和振动焊接的过程，在保证加工质量的同时不对工件造成损害。

在振动消除应力的加工过程控制中，不断检测6、7、8参数或其合成参数12和二维平面夹角(16、17、18之一)的变化，使其符合JB/T5926和JB/T10375标准中效果判断的要求，比单纯检测一维参数全面和准确，因此能获得最佳的加工效果。例如，图7合成参数12在加工过程中上升(或下降、或先上升后下降)，变化停止后经时间t1后即作为完成加工控制过程的判定之一；图8是合成参数12与二维平面的夹角在加工过程中变化，变化停止后经时间t2后即作为完成加工控制过程的判定之二。两种判定可分开或同时进行。类似的方法还包括使用二维参数9、10、11中的全部或任意两个及其夹角进行判定，和使用检测参数6、7、8及其合成参数9、10、11、12对振动扫描曲线(含振前一次和振后二次)进行判定。

在振动焊接的加工过程控制中，通过检测6、7、8参数或其合成参数12，可准确控制实际振动量的大小，保证加工质量。例如：设定振动量范围为5-10m/s²(振动加速度)，采用一维检测方法就有可能超过很多，如果是三倍就是15-30m/s²(几乎不能进行加工)，而三维检测就是实际控制量。类似的方法还包括使用二维参数9、10、11中的全部或任意两个进行检测。

振动消除应力和振动焊接的过程控制包括自动、半自动和手动，均可采用本发明来进行自动和人工控制。

如图2所示，使用三个一维传感器进行检测时，是用三个一维传感器同时对三个方向的参数进行检测，计算过程与三维传感器一样。

如图3所示，使用一个二维传感器和一个一维传感器进行检测时，是用一个二维传感器同时检测两个方向的参数，用一维传感器检测第三个方向的参数，计算过程与三维传感器一样。