WO1984001962A1 - Methode et appareil pour supprimer les contraintes residuelles internes instables a l'aide des vibrations - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for removing unstable internal residual stresses using vibrations produced by a variable frequency source, which can be applied to different parts of different industrial fields.
  • the method according to the invention eliminates the disadvantages of the prior art because, in order to optimize the vibration regime and the duration of vibration to remove unstable internal residual stresses, consists in the evaluation of the state tension by comparing the two successive dynamic responses and the repeated vibration at variable frequency of the part until the differences between the two successive dynamic responses are minimized, the vibration regime being established as a function of the physical and dimensional characteristics of the parts .
  • the apparatus for carrying out the method is formed a function generator, which controls a power amplifier which acts on a vibration exciter which transfers energy to the room, and a translator which transmits the information of the dynamic response to a spectrum analyzer which interprets the signal , the whole process being controlled by a computer.
  • Method according to the invention applying to monobloc parts or (sub) assemblies in the internal structure of which there are unstable residual internal stresses resulting a. following thermal and / or mechanical treatments, and lies in producing an elastic connection between the part and the exciter so that the vibration energy is transmitted directly from the moving part of the exciter to the part, and the part can vibrate relatively freely.
  • Variable frequency vibrational energy is applied at a constant rate of variation, the scanning range, the scanning speed and the excitation power being established as a function of the physical and dimensional characteristics of the part, and the dynamic response (the curve frequency-amplitude) in the explored domain is memorized.
  • the exploration is repeated by comparing the new dynamic response to the previous one, recording the differences.
  • the respective differences are caused by the change in the internal blood pressure state during vibrational excitation.
  • the vibration operation is repeated until the differences of the two successive dynamic responses are minimal, being able to reduce the domain if the stabilization is observed.
  • the vibration can also be carried out at the resonance frequencies of the room, when the time and the succession of the frequencies of the vibrations are established by a computer based on a preset program in such a way that the vibration at the audio frequencies does not harm.
  • the same device can also be used in other areas.
  • the apparatus for carrying out the invention is formed by a generator of functions 1, with variable frequency from 1 Hz to 20 kHz, the scanning speed being comprised the range of 0.01 Hz / sec to 100 Hz / sec .
  • the limits of the variable frequency domain can be preset, by digital control, and its output signal is amplified by a power amplifier 2.
  • Amplifier 2 has variable output power, also having digital control.
  • This amplifier 2 acts as a vibration exciter 3 which transmits the vibrational energy to a part 4.
  • a translator 5 On this part there is a translator 5 which receives the signal corresponding to the vibration of the part, transforms it into an electrical signal and transmits it to a spectrum analyzer 6 by a conditioning preamplification chain which is not shown.
  • the spectrum analyzer 6 can be connected to a graphical recorder 7, in order to obtain representative curves for the tensioned or relaxed state, and it too is digitally controlled.
  • the apparatus also contains a computer 8 which controls the entire process based on fixed programs included in one or more programmable memories, the configuration of the computer allowing the user to operate also by following a program made on site. Best way to realize the invention
  • the device according to the invention is made of independent modules assembled and linked together on a mobile carriage which can be moved by the user to the room.
  • the part will be put on elastic supports, on it will be fixed the vibrator, and then we put in working mode the device which will vibrate the part in accordance with the desired program.
  • the device can be produced in a stationary variant, from the same modules, and it can be integrated into an automated line, with the mechanical transfer arm if this is the case. In this situation, the device can be used for a single tensioned part once, or for several monobloc linked parts, the vibration rule being the same.
  • the apparatus and method according to the invention can be used for non-destructive qualitative control of the tensional state of a part, for the removal of unstable residual internal stresses, and for the dimensional stabilization of the parts, during the normal technological cycle. , and also in stress relieving during welding, and during solidification of the cast parts.
  • the invention is applicable, in principle, to any part made of a solid material, with crystaline structure, without restrictions of shape, dimensions or weight, being recommended for elements of precision mechanisms, parts of laminated materials (bi or multimaterials ), parts thermochemically treated on the surface, and, in general, in situations where heat treatment may be detrimental.

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Abstract

Méthode et appareil destinés à la suppression des contraintes internes résiduelles instables, et à la stabilisation dimensionnelle des pièces fabriquées en utilisant des matériaux solides, ayant une structure cristalline. Dans ce but, l'appareil est formé d'une chaîne d'excitation, d'une chaîne d'analyse, et d'un ordinateur qui interprète le signal analysé, et en fonction de celui-ci commande la chaîne d'excitation, le résultat étant visualisé sur un affichage, et enregistré graphiquement sur un diagramme - certificat de qualité. La règle de vibration est préétablie sous la forme d'un programme dans la mémoire de l'ordinateur ou établie sur place. L'apparail peut être réalisé en variante mobile pour les grandes pièces ou en variante stationnaire pour les petites pièces, le détensionnage pouvant être réalisé à la place optimale du point de vue de l'utilisateur.

Description

METHODE ET APPAREIL POUR SUPPRIMER LES CONTRAINTES RESIDUELLES INTERNES INSTABLES A L'AIDE DES VIBRATIONS
Domaine technique
L' invention se rapporte à une méthode et à un appareil pour supprimer les contraintes résiduelles internes instables à l'aide des vibrations produites par une source à fréquence variable, qui peuvent être appliqués aux différentes pièces des domaines industriels différents.
Technique anterieure
On cennaît des méthodes pour la réduction des contraintes résiduelles internes instables des différentes structures métalliques qui consistent en application de l'énergie vibratoire à variation discontinue de la fréquence sur la pièce, les fréquences de vibration s'établissant fonction des changements brusques de la réponse dynamique de la pièce. La vibration s'execute jusqu'à ce que la grandeur des changements respectives soit substantiellement reduite, le domaine de vibration étant compris de O à 150 Hz.
Ces procédés ont l'inconvénient que la vibration est produite à une ou plusieurs fréquences fixes et n'ont pas en vue que la fréquence de résonnance se modifie pendant le processus de détensionnement, en perturbant le transfert d'énergie de l'excitateur à la pièce.
Exposé de l'invention
La méthode, selon l'invention élimine les désavantages de l'art antérieur, car, en vue d'optimiser le régime de vibration et de la durée de vibration pour supprimer les contraintes résiduelles internes instables, consiste en l'évaluation de l'état tensionnel par la comparaison des deux réponses dynamiques successives et la vibration répétée a fréquence variable de la pièce jusqu'à la minimalisation des différences entre les deux réponses dynamiques successives, le régime de la vibration s'établissant en fonction des caracteristiques physiques et dimensionnelles des pièces.
L'appareil pour la réalisation de la méthode est formé d'un génerateur de fonctions, qui commande un amplificateur de puissance qui agit sur un excitateur de vibrations qui transfère l'énergie à la pièce, et un traducteur qui transmet l'information de la réponse dynamique à un analyseur de spectre qui interprète le signal, tout le processus étant commandé par un computer.
L'invention sera décrite plus en détails en regard du dessin anexé à titre d'exemple nullement limitatif, lequel représente le schema-bloc simplifié de l'ensemble appareilpièce.
Procédé selon l'invention, s'appliquant aux pièces ou (sous) ensembles monobloc dans la structure interne desquels il y a des contraintes internes résiduelles instables résultés a. la suite des traitements thermiques et/ou mécaniques, et réside en réalisation d'une liaison élastique entre la pièce et l'excitateur si bien que l'énergie de vibration se transmette directement de la partie mobile de l'excitateur à la pièce, et la pièce puisse vibrer relativement librement. On applique une énergie vibratoire à fréquence variable à une vitesse constante de variation, le domaine de balayage, la vitesse de balayage et la puissance d'excitation étant établies en fonction des caractéristiques physiques et dimensionnelles de la pièce, et la réponse dynamique (la courbe fréquence-amplitude) dans le domain exploré est mémorisée. L'exploration est répétée en comparant la nouvelle réponse dynamique à celle antérieure, en enregistrant les différences. Les différences respectives sont causées par la modification de l'état tensionnel interne pendant l'excitation vibratoire. On répète l'opération de vibration jusqu'à ce que les différences des deux réponses dynamiques successives soient minimes, en pouvant réduire le domaine si on observe la stabilisation.
Comme variante, on peut réaliser la vibration aussi aux fréquences de résonnance de la pièce, quand le temps et la succession des fréquences des vibrations seront établis par un computer se basant sur un programme préetabli de la manière que la vibration aux fréquences audio ne nuise. La méthode et l'appareil selon l'invention ont les avantages suivantes:
- donnent la possibilité d'évidencier les contraintes internes résiduelles instables des pièces, en agissant en tant que méthode de contrôle nondestructif, et de supprimer ces contraintes;
- permettent l'optimisation des paramètres de vibration;
- le même appareil peut détensionner des pièces d'une grande gamme dimensionnelle;
- permettent l'entière automatisation du processus avec une grande flexibilité d'utilisation, le même appareil pouvant être utilisé aussi dans d'autres domaines.
Description sommaire du dessin
L'appareil pour la réalisation de l'invention est formé d'un générateur de fonctions 1, à fréquence variable de 1 Hz à 20 kHz, la vitesse de balayage étant comprise la plage de 0,01 Hz/sec à 100 Hz/sec. Au générateur 1 on peut prérégler les limites du domaine des fréquences variables, par commande numérique, et son signal de sortie est amplifié par un amplificateur de puissance 2. L'amplificateur 2 a la puissance de sortie variable, ayant lui aussi une commande numérique. Cet amplificateur 2 agit un excitateur de vibrations 3 qui transmet l'énergie vibratoire à une pièce 4. Sur cette pièce il y a un traducteur 5 qui reçoit le signal correspondant à la vibration de la pièce, le transforme en un signal électrique et le transmet à un analyseur de spectre 6 par une chaîne de préamplification de conditionnement qui n'est pas représenté. L'analyseur de spectre 6 peut être conecté à enregistreur graphique 7, pour obtenir des courbes représentatives pour l'état tensionné ou détensionné, et lui aussi est commandé numériquement. L'appareil contient aussi un computer 8 qui commande tout le processus se basant sur des programmes fixes incluses dans une ou plusieures mémoires programables, la configuration du computer permetant à l'utilisateur d'opérer aussi en suivant un programme fait sur place. Meilleure manière de réaliser l'invention
Pour détensionner des grandes dimensions, l'appareil selon l'invention se réalise des modules indépendents assemblés et liés ensemble sur un chariot mobile qui peut être déplacé par l'utilisateur jusqu'à la pièce. La pièce sera mise sur des supports élastiques, sur elle sera fixé le vibrateur, et puis on met en état de fonctionnement l'appareil qui vibrera la pièce conformément au programme désiré.
En cas de petites pièces, l'appareil peut être réalisé en variante stationnaire, des mêmes modules, et il peut être integré dans une ligne automatisé, au bras mécanique de transfèr si c'est le cas. En cette situation, l'appareil pourra être utilisé pour une seule pièce détensionnée une fois, ou pour plusieures pièces liées monobloc, la règle de vibration étant la même.
Possibilités d'exploitation industrielle
L'appareil et la méthode selon l'invention peuvent être utilisés pour le contrôl qualitatif nondestructif de l'état tensionnel d'une pièce, pour la supression des contraintes internes residuelles instables, et pour la stabilisation dimensionnelle des pièces, pendant le cycle technologique normal, et aussi au détensionnement pendant la soudure, et pendant la solidification des pièces coulées.
L'invention est applicable, en principe, à toute pièce fabriquée d'un matériel solide, à structure crystaline, sans restrictions de forme, dimensions ou poids, étant recommandée pour des éléments des mécanismes de précision, pièces des materiaux stratifiés (bi ou multimateriaux), pièces traitées thermochimiquement à la surface, et, en général, dans les situations quand le traitement thermique peut nuire.

Claims

Revendications
1. Méthode pour la suppression des contraintes internes résiduelles instables à l'aide des vibrations, caractérisé en cerqu'en vue d'évidencier et supprimer les contraintes internes résiduelles instables, se trouvant dans les pièces après des différentes usinages à chaud et/ou à froid, en évidencie l'existence de l'état tensionnel momentannée, sar la comparaison des deux réponses dynamiques successives à vibration à fréquence variable, puis on applique une vibration répétée à fréquence variable, à puissance préetablie dans un domaine compris de 1 Hz à 20 kHz, à une vitesse de balayage reglable de 0,1 Hz/sec à 100 Hz/sec, en fonction des caracteristiques physiques et dimensisnnelles de la pièce.
2. Méthode, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, Iersqu'on l'utilise seulement pour le contrôle de l'état tensionnel, la vibration se fait par la mémorisation de la réponse dynamique des deux balayages successives.
3. Méthode, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'évaluation cantitative de l'état tensionnel se fait par des comparaisons des réponses dynamiques successives, à des puissances préréglées en fonction des caractéristiques physiques et dimensionnelles de la pièce.
4. Méthode, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le détensionnement proprement-dit des pièces, la répétition de la vibration se fait continuellement dans un domaine établi initial, ou restreint en fonction de la stabilité de la réponse dynamique jusqu'à ce que les différences entre les réponses dynamiques successives dans tout le domaine préetabli soient minimes.
5. Méthode, selen les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la répétition de la vibration pour le détensionnement est faite aux fréquences de résonnance de la pièce issues de la dernière réponse dynamique analysée, le temps de vibration et la succession des séquences de vibration s 'établissant à l'aide d'un computer ayant comme base un programme préetabli.
6. Méthode, selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour le détensionnement des pièces des grandes dimensions, la pièce sera mise sur des supports élastiques, et sur elle sera fixé le vibrateur si bien que la partie mobile de vibrateur deviendra quasifixe - elle vibrera ensemble avec la pièce - et la partie fixe de vibrateur deviendra mobile, si bien que l'énergie de vibration se transmettra directement de la partie mobile d'excitateur à la pièce, et la pièce puisse vibrer relativement librement.
7. Appareil pour la suppression des contraintes internes résiduelles instables, selon la revendication 1, formé d'un générateur de fonctions à fréquence et vitesse de balayage variables, qui commande un amplificateur ayant la puissance de sortie variable pour agir un excitateur de vibrations en vue de transmettre l'énergie vibratoire à une pièce de laquelle un traducteur reprenne le signal pour l'analyseur de spectre, caractérisé en ce que les paramètres de vibration sont établis en se basant sur les caracteristiques physiques et dimensionnelles des pièces et sur les informations reçues d'un analyseur de spectre, et interprétées par un computer se basant sur des programmes fixes ou rédigées sur place.
PCT/RO1983/000002 1982-11-10 1983-10-25 Methode et appareil pour supprimer les contraintes residuelles internes instables a l'aide des vibrations Ceased WO1984001962A1 (fr)

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