Способ вибрационной обработки изделий

 

(21) 3769870/22-02 (22) 06.07.84 (46) 15.02.86.Бюл. и 6 (71) Научно-производственное объе- динение "Атомкотломаш" (72) И.А.Киселев и И.Б.Кузнецов (53) 621.789 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 899678, кл. С 21 D 1/30, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 804699, кл. С 21 9 1/30, 1979. (54) (57) СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ, включающий определение рабочих частот, осуществление вибрации последовательно на каждой из рабочих частот, прекращение вибрации при стабилизации акустического параметра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения времени обработки и снятия остаточных напряжений, вибрацию осуществляют на рабочих частотах, соответствующих минимальному значению амплитуды колебаний при поддержании этого значения, а вибрационную обработку прекращают при стабилизации рабочих частот колебаний.

12 l 1309

Изобретение относится к обработ. ке изделий при помощи вибрации и может быть использовано в атомном машиностроении и котлостроении для снятия внутренних остаточных напряжений, например, в крупногабаритных изделиях типа корпусов реакторов, обечаек и др.

Цель изобретения -- сокращение времени обработки и снятие остаточных напряжений.

Сущность иэобретЕния состоит в слецующем.

Выбор рабочих частот — частот наибольшей Диссипации энергии на

15 областях локализации макронапряжений позволяет "закачивать" энергию упругих колебаний в среду иэделия с большей эффективностью, так как почти вся энергия колебаний поглощается в среде изделия на указанных областях. Например, резонансные колебания поглощаются в среде изделия гораздо слабее. Выбор в качестве рабочих частот — частот макси25 мальной диссинации позволяет "эакачивать энергию упругих колебаний и в локальные области, т.е. воздействовать на области локализации макронапряжений, Это происходит- нри совпадении длины волны "закачиваемых" упругих колебаний с характеристическим размером области локализации макронапряжений. Выбор частот максимальной диссипации в качестве рабочих час-от р" íåå неизвестен. Корректировка частоты "закачиваемых" упругих колебаний в среду изделия с изменяющейся рабочей частотой позволяет поддерживать процесс "закачки" íåðãèè в область локацизации макронапряжений на начальном уровне, В случае отсутствия такой корректировки происходит рассогласование длины волны закачиваемык" упругих колебаний с характеристической длиной области локализации макронапряжений, так как процесс снятия макронапряжения приводит к изменению упругих свойств в области локализации макронапряжений, Это изменение упругих свойств ведет к изменению характеристического размера в области локализации макронапряжений.

Критерием прекращения виброобработки на одной из рабочих частот является факт стабилизации работы.

Вспедствие того, что процесс снятия остаточных напряжений приводит к изменению рабочей частоты, то факт стабилизации говорит о том, что процесс снятия напряжений прекратился.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего способ на фиг.2 - блок-схема контура регулирования; на фиг.3 — диаграмма, поясняющая способ.

Устройство содержит генератор 1, управляемый напряжением.и связанный со входом усилителя 2, один выход которого подключен к передающему устройству 3, другой — к входу детектора 4. Передающее устройство 3 связано с приемником 5 через материал изделия 6, при этом приемник 5 соединен последовательно с усилителем 7, один выход которого подан на регистрирующий прибор 8, например самописец, другой — на вход детектора 9.

Выход последнего подключен параллельно к выходу детектора 4 и к входу блока управления, представляющего собой настраиваемый пропорциональноинтегрально-дифференциальный регулятор 10(ПИД), имеющий в своем составе суммирующий элемент 11, который включен на входе и служит для формирования величины И - Х, где Х - регулируемая величина; Й - задающий параметр — напряжение с выхода детектора 4 или от стороннего источника сигнала, и суммирующий элемент 12, включенный на выходе регулятора 10, формирующий величину У + Х, где У регулирующее воздействие с выхода блока 10; Z — возмущающее воздействие, которым является изменение упругих свойств среды изделия . Выход суммирующего элемента 12 подан на вход объекта регулирования (фиг.2), включающего в свой состав все элементы устройства, кроме детектора 4, регистрирующего прибора 8, вольтметра 13, включенного на выходе регулятора 10, связанного с re- ° нератором 1 через выключатель ВК-1, и.источника 14 ультразвуковых колебаний„ контактирующего с изделием 6 со стороны передающего устройства 3. Пунктиром на фиг.2 обозначена связь, не входящая в контур регулирования.

В качестве генератора 1 может быть использован, например, генератор с расстроенным мостом Вина4 ов 4и 9

1211309

Робинсона, особенностью которого является использование -полевых тран-.

1 эисторов в качестве управляемых сопротивлений как для стабилизации выходного напряжения, так и для плавного управления частотой генерации напряжения. Грубая перестройка генератора по частоте осуществляется спаренным блоком переменных емкостей, входящих в мост

Вина-Робинсона. В качестве усилителя 2 может быть использован комплементарный имитерный повторитель в режиме АВ по схеме Дарлингтона или достаточно мощный промышленный усилитель. Нагрузкой усилителя 2 является передающее устройство 3 электромагнитного типа В качестве приемника 5 используется пьезокерамический преобразователь, .например, на основе сульфита лития (Li SOc, НеО}. Выбор типа приемника как и передатчика связан с условием, что собственные резонансные частоты. приемника и передатчика должны значительно отличаться от рабочих частот. Это требование объясняется необходимостью иметь равномерную частотно-амплитудную характеристику приемника и передатчика; Источником сигнала для усилителя 7 является пьезокерамический преобразователь 5, поэтому усилитель 7 должен. иметь большое выходное сопротивление, а ввиду малого входного сиг. нала - большой коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот. С этой целью в первых каскадах усилителя 5 могут быть использованы операционные усилители серии КР544, имеющие боль.шие входные, сопротивления (типовое значение lO см) и большие коэффициенты усиления напряжения (К 10 ). Тип регистрирующего прибора 8 определяет структуру. выходных каскадов усилителя: 7. Выбор в качестве блока управления регулятора 10 типа ПИД связано с необходимостью одновременного обеспечения двух условий . большого коэффициента усиления в контуре регулирования (K»l), и удовлетворительной передаточной характеристики

1передаточная характеристика дх ах при К»1) . Так как ПИД вЂ” регулятор предполагает управляющие сигналы в постоянной форме, то в устройстве предусмотрено наличие двух детектор средних значений.

Предлагаемый способ снятия остаточных напряжений в изделиях осуществляется следунщим образом.

Определяют набор рабочих частот

Fq,...,F„,Е„„(фиг.3}, в качестве которых выбирают частоты.максимальной диссипации энергии упругих колебаний в материале изделия б, которая происходит на. областях локализации макронапряжений. В случае совпадения длины волны вводимых в .изделие упругих. колебаний с характеристическими размерами области локализации макронапряжений происходит резкое поглощение энергии на этой частоте, Для определения набора таких частот упругих колебаний включают генератор 1 (при разомкнутом выключателе ВК1 контура регулирования) .

Пользуясь грубой перестройкой частоты с помощью блока переменных емкостей меняют частоту генерируемых ко 5 лебаний в диапазоне от 400 Гц до

200х10 Гц, которые, выбираются из условия того, что характеристические размеры областей макронапряжений в.изделии лежат в пределах от 2х

ЗО xlO м до 10 м, Подставляя эти,гра° ничные величины в известные соотцос„ шения

М где; il - длина волны; Се — скорость распрострапе35 ния упругих колебаний в материале;

9 — частота, устанавливают укаэанный диапазон частот генератора. На каждой из частот диапазона 400 Гц200х10 Гц фиксируют с помощью регйст40 рирующего прибора 8 амплитуды напряжения 4p, т.е. снимают амплитудночастотную характеристику 4е = f(F) канала передающее устройство 3. — из45 делие 6 — приемник 5 ° Ввиду того

° ° что передающее устройство 3 имеет равномерную частотно-амплитудную характеристику в рабочем диапазоне частот, коэффициент передачи

50 Кщ,„- V" èåìè "т = А V

Ч еееращчс е =Const приемного устройства. Кпее совпадает в точность до Const с напряжением приемного устройства. Это обстоя55 тельство позволяет измерять не коэффициент передачи, а выходное напряжение приемника 5 (Ч„) . Полученная частотно-амплитудная характерис1211309 тика l.Y„p f (F): включает в себя.как, резонансные максимукл f, соответствующие . минимальному поглощению энергии упругих колебаний, так и минимумы, соответствующие максимальному поглощению энергии колебаний s областях локализации макронапряжений (фиг.3) . ЧастоThl Г ° ° ° ° у Fq y Fpg) у на KQTophlK наблюдается максимальное поглощение энергми упругих колебаний, принимаются эа рабочие частоты.

Далее нроизводится "закачка" энергии упругих колебаний, возбуж даеьжх генератором 1, в материал изделия 6 на рабочих частотах ...,F„, F„, в процессе которой . происходит снятие остаточных напряжений в изделии..Так, установив частоту генерируемых колебаний равной Р, вводят упругие колебания в изделия иа этой частоте, предварительно замкнув ключ ВК1, т.е. вклю-1 чив в действие контур регулирования (обратную связь) . Необходимость этого связана.с тем, что диссипация энергии в области, которой соответствует частота Fy, приводит к релаксации макронапряжений - изменению упругих свойств материала, и как следствие, к изменению рабочей частоты этой области, которая уже не совпадает с частотой F генератора 1, Назначение контура регулирования состоит в поддержании на за-- таином уровне Ж определенной физической величины Х (регулируемой величины). В рассмотренном случае Х напряжение, снимаемое с выхода детектора 9; М - напряжение, получаемое после детектора 4, Это напряжение постоянно.. Регулятор 10 управляет величиной Х посредством плавного изменения частоты генератора 1. Если регулируемая величина Х превышает заданное значением, разность 1 - Х становится отрицательной. Вследствие этого регулирующее воздействие 1 уменьшается соответственно в увеличенном масштабе, так как регулятор 10 имеет определенный коэффициент усиления. Это приводит. к воз-, врату регулируемой величины Х к пер- . воначальному значению, задаваемому величиной Я . Контролируя изменения напряжения на выходе ПИД.регулятора вольтметром 13, однозначно определяют момент 1., после которого л выходное напряжение регулятора не меняется. Это свидетельствует о том, что процесс релаксации макронапряжений на частот: F прекратился и дальнейшая виброобработка на этой частоте нецелесообразна.. Переходят на следующую рабочую частоту F> -и в изложенном выше варианте снимают напряжения на частоте Fg . Перебирая весь набор рабочих частот F

F> F> снимают напряжения в изделии. В целях увеличения .эффективности снятия напряжений в течение всего процесса используют ультразвуковые колебания от источника 14, которые увеличивают подвижность дислокаций.

Эти колебания накладываются на изделия как в процессе определения рабочих частот, так и в процессе снятия макронапряжений.

35 Пример. Предлагаемый способ снятия внутренних остаточных напря- . жений проверялся в лабораторных ус ловиях на изделиях со сварными соединениями, имеюшими ширину сварного

4О шва 2.10 м, В результате опробования удалось определить две рабочие частоты Fq = 180 10 Гц и F = бО х

3 х 10 . Снятие напряжений на этих частотах предлагаемым способом по сравнению с базовым способом повышается на 10-15_#_ время виброобработки уменьшается на 30-40Х.

1211309 фиг 2

Опфд) ° ° Ô

Э ФФ4 ° т Z и .Ргм(/А) фиад

Составитель А.Кулемин

Редактор С.Лисина Техред C.Ìèãóíîâà

Корректор В.Синицкая

Подписное

Филиал ППП " Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 612/32 Тираж 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5