高铁轮对踏面残余应力高能声束调控方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107460299A(43)申请公布日2017.12.12(21)申请号201710535333.8(22)申请日2017.07.04(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人徐春广吴凯宋剑峰田海兵(51)Int.Cl.C21D9/34(2006.01)C21D11/00(2006.01)C21D10/00(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称高铁轮对踏面残余应力高能声束调控方法(57)摘要本发明提出了一种高铁轮对踏面残余应力高能声束调控方法，该方法适用于轮对踏面应力无损消减。通过超声应力调控系统、超声换能器的结合，激发出对应力敏感的高能声束，根据高能超声塑性诱导效应，将高能超声波动能量提供给应力施加区域或残余应力区域的位错原子以足够的动力，克服其阻力，通过滑移出晶体内部，实现晶格畸变的减少，从而达到施加应力或残余应力消减的目的。该方法效果明显，对调控轮对表面质量无特殊要求，对人体和环境无害，调控时间短，可实现原位调控作业，现场操作方便简单。CN107460299ACN107460299A权利要求书1/1页1.本发明提出了一种高铁轮对踏面残余应力高能声束调控方法，其特征在于它包括：轮对、超声应力调控系统、残余应力超声调控换能器。2.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，实现了在高铁空窗期且不需要拆解轮对的情况下实现轮对残余应力调控，提高轮对使用寿命。3.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，大功率高能超声能够透过侧面入射到轮对踏面，当高能超声入射到轮对侧面，轮对材料静止的质点在平衡位置发生振动，轮对材料晶粒产生压缩和膨胀产生形变位能，从而实现残余应力的调控。4.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，残余应力调控率≥10％、有效调控深度≤50mm。5.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，进行特殊换能器设计，使超声换能器的压电晶片与调控表面的距离为1/4波长，并采用底部压紧的工装，此时激发的高能声束到达调控表面时换能器振动最小，消耗能量最少，调控表面能量最高，调控效果最好。6.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，选择轮对在远离凸缘的侧面靠近踏面位置放置换能器。7.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，该换能器底部使用倾斜角度为30度的楔块。8.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，将换能器轴线与侧面法线夹角设置为30度，使高能声束能够透过轮对侧面入射到轮对踏面。9.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，在换能器设计时需要与轮对侧面有较好的耦合，故换能器底面要做到与轮对侧面很好的贴合。10.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，根据轮对的结构尺寸，选择声速比轮对材料声速慢的材料为换能器材料。11.根据权利要求1所述的轮对踏面残余应力高能声束调控方法，超声应力调控系统包括永磁铁、螺栓以及联接板、支撑环、套筒。2CN107460299A说明书1/2页高铁轮对踏面残余应力高能声束调控方法一、技术领域[0001]本发明提出了一种用于高铁轮对踏面残余应力高能声束消除方法，该方法适用轮对残余应力的无损调控。二、背景技术[0002]随着铁路运输在国民经济发展中的作用日益显著，人们对铁路运输安全的要求也越来越高，列车轮对是承载列车运行的重要部分，在运行过程中易产生磨损、裂纹和剥离等伤损，严重影响列车运行安全。因此，无论是在轮对制造过程中产生的应力，还是在轮对工作中产生的应力，都是人们进行研究的重要课题。[0003]文献检索发现，专利：(张福林等.焊接残余应力消除方法[P].中国专利:CN103866111A,2014-06-18.)公开了一种轮对残余应力消除方法,其包括以下步骤：步骤1、检测工件原态残余应力；步骤2、对工件进行振动时效处理；步骤3、对工件进行超声波时效处理；步骤4、对工件进行残余应力检测；步骤5、对测量孔补焊和进行无损检测；步骤6、对工件的表面及几何参数进行检测。通过可以达到消除残余应力的效果，但是该方法操作繁杂，准确度不高，实际应用受到很大限制。专利：(李斌等一种超声冲击消除焊接中残余应力的方法及其应用[P].中国专利:CN102002581A,2011-04-06)公开了一种用于摇枕、侧架等铸钢件在修理焊接过程中产生的残余应力消除，该方法适用于400℃～800℃的温度下，影响因素多，不能用于轨道焊接残余应力的消除。[0004]本文提出的是一种用于轮对踏面应力的超声无损调控方法，该方法对残余应力敏感度高，调控操作方便、速度快，可以消减轮对残