专利汇可以提供通过产生和施加自适应脉冲、标准化的能量和其之间的间歇来改变或生产材料和接头的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 描述了一种脉冲处理方法,其通过自适应地控制作用在材料/物体上的脉冲作用,而使材料或物体(例如 焊接 接点)改变了至少一个规定的性质,或生产出具有至少一个规定的物理、机械或结构性质的材料或物体。脉冲作用包括标准化的脉冲和间歇。这种脉冲作用的 能量 可来源于各种来源,但是,当这种作用能量由 超 声波 冲击引发并传送时,本发明的方法尤其有利,其中,所述能量作用于任何合适的材料上,从而改变或产生材料的至少一个特性,以便获得所需的技术效果。,下面是通过产生和施加自适应脉冲、标准化的能量和其之间的间歇来改变或生产材料和接头的方法专利的具体信息内容。
1.一种通过脉冲处理而改变或产生材料中的至少一个预定性质, 从而在材料中获得至少一个技术效果的方法,其包括:
(a)在材料的某一区域上提供脉冲能量的受控作用,其中,所述作 用包括标准化的脉冲和间歇;
(b)监测所述材料对所述作用的响应;
(c)基于所述材料对所述作用的所述响应而调制所述作用的幅度、 频率和/或脉冲宽度,以便使所述作用的单个脉冲和单个间歇与所述材 料中的所述响应同步和相适应,使得所述材料具有对所述作用的最小 抗力,其中,所述最小抗力通过所述作用所处理的所述区域中的材料 品质饱和度来确定;和
(d)重复(a)至(c),直到在所述材料中获得所述至少一个技术效果。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲包括材料 状态脉冲激励的周期,并且所述间歇包括松弛的周期,其中,所述脉 冲能量作用的规则脉冲在所述材料状态脉冲激励的周期期间提供了对 所述材料的冲击,并且一系列标准化的脉冲作用获得了所述至少一个 技术效果。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲施加在所 述材料上,直到在所述间歇开始时,所述材料达到对所述脉冲的所述 最小抗力时为止,并且所述脉冲和所述间歇与所述材料中的所述响应 同步,所述最小抗力由所述所处理区域中的所述材料品质饱和度来确 定。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述方法可用 于这样的工艺:电弧焊接、热焊接、电阻焊、摩擦焊接、摩擦搅动焊 接、超声波焊接、扩散焊接、压力焊接、电子射束焊接、激光焊接、 热处理、热机械处理、电火花处理、超声波处理、超声波冲击处理、 电镀、涂层施加、表面精加工、钎焊、制作金属和非-金属之间的粘合 接头、粘合金属覆层的施加、铸造合金和铸件的电弧生产、或金属和 合金的成形。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述脉冲的所述脉 冲能量作用的波形和参数处于机械声音和电磁波谱的频率范围内。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述脉冲能量作用 包括载波能量信号,并且所述载波能量信号的所述波形在负1(-1)至大 于零的应力比范围内变化,使得所述能量信号的所述波形保持并基于 在与所述至少一个技术效果一致的基础上,所述至少一个技术效果与 在最小抗力的条件下用所述脉冲处理的所述材料的所述区域中的所述 材料品质饱和度相符。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述脉冲能量 作用通过调节所述作用的单个脉冲的幅度和长度而被进行标准化。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对施加在所述材料 上的所述脉冲的单个脉冲的所述最小抗力是在所述材料中获得所述至 少一个技术效果的同时单个脉冲能量标准化的标准。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在获得所述至 少一个技术效果之前,所述间歇的单个间歇的时间长度在所述材料中 变化,并且在所述材料中,从所述脉冲中松弛下来所需的时间变化是 所述间歇的所述时间长度的标准。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述材料中获 得所述至少一个技术效果所需的施加在所述材料上的所述作用能量的 全部水平,是使所述脉冲和间歇标准化的标准,并且确定所述脉冲作 用的重复率和所述最小抗力的标准是通过在所述间歇期间所述材料对 所述脉冲的所述响应的渐近的损耗衰减和相应的成比例衰减来确定 的。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述材料对所述 脉冲作用的所述响应部分地基于能量受控的电流来确定,其中,所述 电流的信号用于控制所述受控制能量的能量信号的参数,并用于在所 述作用期间调制所述能量信号。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲的单个 脉冲和所述间歇的单个间歇的能量和长度被调整至处于随机的至受控 的范围内,所述受控指的是受到幅度变化、所述脉冲的长度与所述间 歇的长度之比以及重复率的控制。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲能量作 用包括能量信号,其包括热的、电磁的、射束、相干的、准静态的、 声的、热动力学的、或超声波的能量,并且所述脉冲和间歇的所述作 用可包括在所述能量信号中,或与之并联。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述作用和所述 材料中的所述响应的同步是基于通过在发生于所述材料中的定向性质 变化的期间,侦听所述材料,监测所述材料的所述受处理区域中的动 态变化和所述材料品质饱和度,和/或记录所述材料对所述作用的宏观 响应而获得的信号。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述信号代表所 述材料的性能,它在所述材料受到影响时,通过微调控制的处理装置 进行读取。
16.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲作用和 所述材料对所述作用的所述响应的同步通过以下其中一种方式来实 现:(1)直接地测量所述材料的结构噪音的声信号;(2)在所述间歇期间 测量材料品质;或(3)在所述间歇的单个间歇与所述材料对所述作用的 所述响应同步和/或同相位的期间,记录所述材料的基本振荡衰减。
17.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲能量作 用的受控的载波是超声波冲击,并且通过将多个超声波冲击参数、所 述材料对超声波冲击的所述响应的过程控制参数控制在所述参数的控 制概率因数的控制范围内,来获得所述至少一个技术效果,所述控制 概率因数在0至1和1至0的范围内。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脉冲能量作 用的受控的载波是超声波冲击,并且用于产生所述至少一个技术效果 的条件包括感应的和/或残余的变形和应力、脉冲、交替和重复的应 力、塑性变形、再结晶、超声波冲击所提供的松弛或扩散,并且通过 将多个超声波冲击参数、所述材料对超声波冲击的所述响应的过程控 制参数控制在所述参数的控制概率因数的控制范围内,来获得所述至 少一个技术效果,所述控制概率因数在0至1和1至0的范围内。
19.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,作用在所 述材料上的所述超声波冲击的物理效果单一地或一起地确定了获得所 述至少一个技术效果的至少一个条件,所述至少一个条件包括以下中 的至少一个:
-创造用于将超声波传送到所述材料中的最佳条件,
-减小扩散抗力,
-减小所述材料的镶嵌块尺寸,
-减小在超声波冲击期间的变形抗力,
-激励空位、位错和剪切面,
-使所述材料中的塑性变形和所得应力的深度和分布进行标准 化,
-分布二次应力,
-使所述材料的细微结构标准化,并保护细微结构免受由于冲击而 发生的动态失效,
-使显微硬度和显微硬度在所述材料的深度上的分布标准化,
-使所述材料再结晶,脱气,以及提高对结构缺陷和熔析缺陷形成 的抗力,
-使铸造合金和焊接接头中的结晶状态和晶粒粒度标准化,
-所述材料的结构非晶态化,
-应力松弛,
-变形的补偿和定向分布以及重新分布,
-消除结构缺陷,和
-产生白层。
20.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,所述超声 波冲击的所述至少一个技术效果是以下中的至少一种:
-在所述材料的表面上和体积中提供效果的均匀分布,
-提高所述材料的限制性物理-机械特征,所述材料的限制性物理- 机械特征至少由屈服点和极限强度,在某些方向上的相对可变形能 力,在张紧、压缩、扭曲、弯曲和剪切时的法向应力和剪切应力而引 起的在平面应力状态和体积应力状态下的变形的延展性和抗力来描 述,
-使延展性和冲击强度稳定和提高,
-提高抗疲劳抗力和抗裂能力,
-提高接触应力抗力,
-提高热机械应力抗力,
-提高热机械疲劳和老化抗力,
-提高应力腐蚀失效抗力,
-提高腐蚀疲劳失效抗力,
-提高焊接金属和铸造合金结构的品质和均匀性,
-将金属在冷却时收缩所引起的危险残余拉伸应力替代为有利的 压缩应力,
-提高材料的延展性,其结构是在加热之后进行淬火而在相变温度 区域中形成的,
-提高在材料和接头的发热过程和处理过程中的稳定相态和稳定 结构的形成速度,
-降低在所述材料的固熔体中的扩散氢含量,
-提供所述材料的应变硬化,
-提供所述材料的应变合金化,
-基于将超精细粉末导入到延性的基体中,来提供所述材料的扩散 合金化,
-形成高强度的复合材料,
-提供材料性质的热机械改进,
-提高机械构件的寿命和操作可靠性,包括由于在材料表面上硬化 的金属以及更延展性基体所形成的结构层而增强的机械强度、疲劳强 度和接触强度,并消除了对机械构件的热处理,
-将机械加工所完成的机械构件表面上的残余拉伸应力替换为有 利的压缩应力,
-通过提供最小的粗糙度,产生压缩应力并获得其非常均匀的分 布,而提高机械构件的表面质量,
-通过在所述构件表面上产生规则且均匀分布的微观和宏观起伏 形状,来提供对机械构件和摩擦结合的质量和寿命的控制,
-使危险的工艺引起的残余应力降低并重新分布,
-提高在制造和维护过程中,带有处理工艺所引起的残余应力的带 载荷的产品和结构的尺寸和变形的稳定性,
-减少并补偿在构件、结构和接头的制造、维护和修理过程中由于 加热工艺和温度梯度所造成的残余应力和变形,
-通过优化在应力集中区域的过渡的几何形状,并引入有利的残余 应力,从而分散危险的应力集中,
-提高在涂覆过程中的粘合强度,
-提高表面涂层的强度、粘度和质量,
-对不相似的材料进行涂镀和结合处理,和
它们的任何组合。
21.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,所述超声波冲击 的所述至少一个技术效果是在材料、产品、结构或接头的制造、维修、 更新或修理状态下获得的。
22.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,与所述材 料对所述超声波冲击的所述响应同步和/或同相位的所述超声波冲击 的一组受控的参数,是基于在获得所述至少一个技术效果时,对作用 在所述材料上的所述超声波冲击的最小抗力标准的基础上的,所述至 少一个技术效果通过所述材料的被处理区域中的所述材料品质饱和度 来确定,其中,所述这组受控的参数包括以下一个或多个参数:
-超声波冲击长度,其中,所述长度是当压头同时与所述材料及超 声波换能器的尖顶接触以及压头在所述材料和所述超声波换能器的尖 顶之间的间隙中进行超声波振荡时的累积时间,
-在超声波冲击之间的间歇持续时间,
-在给定的冲击长度或在冲击之间的间歇内的冲击重复率或不工 作因数,
-与所处理表面的单位面积或与超声波冲击处理的单位时间相关 的冲击密度,
-冲击效率,其包括单次冲压的面积或体积或在所述材料中引起塑 性变形的材料体积,
-载波超声波振动的幅度和频率,
-由超声波频率的载波振荡所引起的冲击波动的幅度,
-施加在所述材料的表面上,并伴随着超声波冲击启动过程的静态 压力,
-超声波机械振荡的系统源的耦合水平,
-冲击点上的等效质量,固有频率和所述等效质量的等效弹性,和
-冲击元件的声弹性、质量和结构。
23.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,所述过程 中的控制包括以下顺序:
-通过测量在超声波冲击激励过程中的超声波振动的幅度、冲击频 率和长度、负载状态下的当前参数、以及在超声波冲击之间的间歇内 的UIM系统的固有振荡的当前参数和衰减因数,来预先确定经验性的 基准数据,所述系统包括超声波共振体,冲击元件和所处理的材料, 所述超声波冲击表征了在获得所述至少一个技术效果时,所述材料对 所述脉冲作用的响应以及所述材料品质上的任何变化;
-测量在超声波冲击激励过程中的振荡幅度、冲击频率和长度、负 载状态下的当前参数、以及在超声波冲击之间的间歇内的UIM系统的 基本振荡的当前参数和衰减因数,所述超声波冲击表征了在施加超声 波冲击以获得实际的当前参数的实际操作过程中,所述材料对所述作 用的所述响应和所述材料品质上的任何变化;
-将所述UIM系统的振荡参数和所述经验性的基准数据进行比 较;
-通过比较所述基准数据和所述实际的当前数据,来计算在所述经 验性的基准数据和所获得的所述实际的当前数据之间的一致性,并基 于所述至少一个技术效果对所述一致性进行校准;
-将所述一致性数据转换成控制代码;
-从所述材料对所述作用的所述响应以及所述材料的受处理区域 中的品质饱和度的动态变化中,产生控制算法和控制信号;和
-自动地控制UIM中的超声波冲击参数,适于获得所述至少一个 技术效果。
24.根据权利要求23所述的方法,其特征在于,所述超声波冲击 与所述材料对所述超声波冲击效果的所述响应同步和/或同相位地起 作用,其中超声波冲击参数是根据权利要求23所述的顺序进行选择 的,并且受到所述脉冲能量作用的所述最小抗力,其足以在所述材料 的体积中获得所述至少一个技术效果,并且所述最小抗力基于所述材 料的处理区域中的所述材料品质饱和度的基础上来确定。
25.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,超声波通 过所述超声波冲击所引起的超声波塑性变形区域而传送到所述材料 中,其中,所述超声波塑性变形区域通过一系列受控脉冲作用施加在 所述材料上而形成,直到在所述区域获得所述材料品质饱和度时为 止。
26.根据权利要求23所述的方法,其特征在于,足以在所述材料 的处理区域的表面上和体积中获得所述至少一个技术效果的材料性质 的均匀分布,是处理结果的一种标准,而所述材料特征是利用根据权 利要求23所述的顺序的主动过程控制来获得的。
27.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,所述脉冲 处理是体积的脉冲处理,其中,所述材料的所述体积的脉冲处理是利 用相对于所述材料固定的超声波冲击工具来执行的,其中,所述超声 波冲击工具以所述材料的基本振荡频率来起动所述脉冲能量的作用, 其是通过所述脉冲和其之间的所述间歇以及主动过程控制而产生的, 而所述材料暴露于或不暴露于分布的静态压力、分布的动态负载、分 布的加热下、真空或惰性气体中,具有特定环境的腔室中、处理浴槽 中,或露天下。
28.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,作用在所 述材料上的超声波冲击的物理效果确定了获得所述至少一个技术效果 的至少一个状态,并且包括消除结构缺陷,所述结构缺陷包括亚表面 气孔、微观裂纹、危险的空位和位错云、大的颗粒、枝状晶、扩散氢、 潜在的结构应力集中、细微结构缺陷和层压结构,其中,通过所述材 料上的局部的或体积的效果而消除了所述结构缺陷,而所述缺陷的消 除是通过所述材料中的扩散、塑性变形、再结晶、松弛和/或优化危险 的空位和位错状态而引起的,并且所述效果受到组合的或独立的效果 的控制,所述效果包括由超声波冲击引起的作用在所述材料的表面上 或体积上的所述脉冲能量作用,所述材料上的超声波冲击波和振荡, 弹性或塑性变形,而所述材料暴露于或不暴露于分布的静态压力、分 布的动态负载、分布的加热下、真空或惰性气体中,具有特定环境的 腔室中、处理浴槽中,或露天下。
29.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,通过所述 超声波冲击和所述材料的所得塑性变形,几何应力集中的消除,有利 的残余压缩应力场的产生,利用有利的压缩应力来替代危险的拉伸应 力,不利的残余拉伸应力的松弛,亚表面缺陷的消除,材料结构的改 变,以及在准静态、动态、循环和交变负载状态下的材料延伸性的增 加,而降低或消除了应力集中和具有低疲劳抗力及低裂纹形成抗力的 区域,从而提高了所述材料的疲劳抗力,腐蚀疲劳抗力和/或应力腐蚀 抗力。
30.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,所述控制 概率因数是由超声波冲击参数的重复数与超声波冲击数之比所表示的 无量纲的函数,其对于在由所述脉冲能量作用处理的所述区域中获得 所述至少一个技术效果是充分的且必要的。
31.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,所述脉冲 能量的脉冲作用对金属和合金进行机械加工,其中,首先测量变形中 心的应力波动,构建调谐的声振动系统,测量所述系统对工具-工件负 载的响应,产生与响应参数同步和/或同相位的超声波脉冲,并起动过 程控制。
32.根据权利要求17或18所述的方法,其特征在于,所述材料 利用超声波冲击工具进行热处理,所述超声波冲击工具用作所述材料 在进行热处理时对作用的所述响应的检测机构,并且用作标准化的超 声波脉冲和其之间间歇的来源,其足以基于所述过程控制的算法来起 动所述材料中的扩散和结构变化。
33.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述能量是电弧 焊接,其中,所述电弧焊接是利用超声波频率的电流来执行的,所述 超声波频率通过标准化的具有幅度、长度和重复率的脉冲进行调制, 所述幅度、长度和重复率是基于热输入最小化、规定的焊接金属和接 近焊接区域的品质、残余应力和变形最小化,以及提供规定的过程效 率的相关标准的基础上进行设置的。
34.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述能量是电弧 焊接,其中,所述电弧焊接是利用具有超声波频率的焊接电极或填充 材料来执行的,所述超声波频率通过标准化的具有幅度、长度和重复 率的脉冲进行调制,所述幅度、长度和重复率是基于热输入最小化、 规定的焊接金属和接近焊接区域的品质、残余应力和变形最小化,以 及提供规定的过程效率的相关标准的基础上进行设置的。
35.一种通过脉冲处理来改变或产生材料中的至少一个预定性 质,从而在材料中获得至少一个技术效果的方法,其包括:
(a)在材料的某一区域上提供受控的脉冲作用,其中所述脉冲作用 是包括标准化的脉冲和间歇的超声波脉冲作用;
(b)监测所述材料对所述超声波脉冲作用的响应;
(c)基于所述材料对所述超声波冲击作用的所述响应而调制所述超 声波脉冲作用的幅度、频率和/或脉冲宽度,以便使所述超声波脉冲作 用的单个脉冲和单个间歇与所述材料中的所述响应同步和自适应,使 得所述材料具有对所述超声波脉冲作用的最小抗力,其中,所述最小 抗力通过由所述超声波脉冲作用所处理的所述区域中的材料品质饱和 度来确定;和
(d)重复(a)至(c),直到在所述材料中获得所述至少一个技术效果。
36.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述脉冲包括材 料状态脉冲激励的周期,并且所述间歇包括松弛的周期,其中,所述 超声波脉冲作用的规则脉冲在所述材料状态脉冲激励的周期期间提供 了对所述材料的冲击,并且一系列标准化的超声波脉冲作用获得了所 述至少一个技术效果。
37.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述脉冲施加在 所述材料上,直到在所述间歇开始时,所述材料达到对所述脉冲的所 述最小抗力为止,并且所述脉冲和所述间歇与所述材料中的所述响应 同步,所述最小抗力由所述所处理区域中的所述材料品质饱和度来确 定。
38.根据权利要求35或36所述的方法,其特征在于,所述受控 的超声波冲击的超声波脉冲作用通过调节所述超声波脉冲作用的单个 脉冲的幅度和长度而被标准化。
39.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,对所述材料上的 所述脉冲的单个脉冲的所述最小抗力是在所述材料获得所述至少一个 技术效果的同时单个脉冲能量标准化的标准。
40.根据权利要求36所述的方法,其特征在于,在获得所述至少 一个技术效果之前,所述间歇中的单个间歇的时间长度在所述材料中 变化,并且在所述材料中,从所述脉冲中松弛下来所需要的时间变化 是所述间歇的所述时间长度的标准。
41.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,在所述材料中获 得所述至少一个技术效果所需要的作用在所述材料上的所述超声波脉 冲作用的能量的全部水平,是使所述超声波脉冲和间歇标准化的标 准,并且确定所述超声波脉冲作用的重复率和所述最小抗力的标准是 通过在所述间歇期间,所述材料对所述超声波脉冲的所述响应的渐近 的损耗衰减和相应的成比例的衰减来确定的。
42.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述材料对所述 超声波脉冲作用的所述响应是部分地基于所述受控的超声波冲击能量 源的电流来确定的,其中,所述电流的信号用于控制所述受控的超声 波冲击能量源的能量信号的参数,并用于在所述脉冲作用期间调制所 述能量信号。
43.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述脉冲的单个 脉冲和所述间歇的单个间歇的能量和长度被调整至处于随机的范围至 受控的范围内,所述受控指的是受到幅度的变化、所述脉冲的长度与 所述间歇的长度之比以及重复率的控制。
44.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,通过将多个超声 波冲击参数,所述材料对超声波脉冲作用的所述响应的过程控制参数 控制在所述参数的控制概率因数的控制范围内,来获得所述至少一个 技术效果,所述控制概率因数在0至1和1至0的范围内。
45.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,用于产生所述至 少一个技术效果的条件包括感应的和/或残余的变形和应力、脉冲、交 替的和重复的应力、塑性变形、再结晶、超声波冲击所提供的松弛或 扩散,并且通过将多个超声波冲击参数,所述材料对超声波冲击的所 述响应的过程控制参数控制在所述参数的控制概率因数的控制范围 内,来获得所述至少一个技术效果,所述控制概率因数在0至1和1 至0的范围内。
46.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,作用在所述材料 上的超声波冲击的能量的所述至少一个技术效果,单一地或一起地确 定至少一个获得所述至少一个技术效果的条件,所述至少一个条件包 括以下中的至少一个:
-创造用于将超声波传送到所述材料中的最佳条件,
-减少扩散抗力,
-减少所述材料的镶嵌块尺寸,
-减少在超声波冲击期间的变形抗力,
-激励空位、位错和剪切面,
-使所述材料中的塑性变形和所得应力的深度和分布标准化,
-分布二次应力,
-使所述材料的细微结构标准化,以及保护细微结构以避免由于冲 击而发生动态失效,
-使显微硬度和显微硬度在所述材料的深度上的分布标准化,
-所述材料的再结晶,脱气,以及提高对结构缺陷和熔析缺陷形成 的抗力,
-使铸造合金和焊接接头中的结晶状态和晶粒粒度标准化,
-所述材料的结构非晶态化,
-应力松弛,
-变形的补偿和定向分布以及重新分布,
-消除结构缺陷,和
-产生白层。
47.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述超声波脉冲 作用的所述至少一个技术效果是至少以下其中一种:
-在所述材料的表面上和体积中提供效果的均匀分布,
-提高所述材料的限制性物理-机械特征,所述材料的限制性物理- 机械特征至少由屈服点和极限强度,在某些方向上的相对可变形能 力,由于在张紧、压缩、扭曲、弯曲和剪切时的法向应力和剪切应力 而引起的在平面应力状态和体积应力状态下的变形的延展性和抗力来 描述,
-使延展性和冲击强度稳定和提高,
-提高抗疲劳抗力和抗裂能力,
-提高接触应力抗力,
-提高热机械应力抗力,
-提高热机械疲劳和老化抗力,
-提高应力腐蚀失效抗力,
-提高腐蚀疲劳失效抗力,
-提高焊接金属和铸造合金结构的品质和均匀性,
-将金属在冷却时收缩所引起的危险的残余拉伸应力替代为有利 的压缩应力,
-提高材料的延展性,其结构是在加热之后进行淬火时在相变温度 的区域中形成的,
-提高在材料和接头的发热过程和处理过程中的稳定相态和稳定 结构的形成速度,
-降低在所述材料的固熔体中的扩散氢含量,
-提供所述材料的应变硬化,
-提供所述材料的应变合金化,
-基于将超精细粉末导入到延性的基体中,来提供所述材料的扩散 合金化,
-形成高强度的复合材料,
-提供材料性质的热机械改进,
-提高机械构件的寿命和操作可靠性,包括由于材料表面上硬化的 金属以及更延展性基体所形成的结构层而增强的机械强度、疲劳强度 和接触强度,并消除了对机械构件的热处理,
-将机械加工所完成的机械构件表面上的残余拉伸应力替换为有 利的压缩应力,
-通过提供最小的粗糙度,产生压缩应力并获得其非常均匀的分 布,来提高机械构件的表面质量,
-通过在所述构件表面上产生规则且均匀分布的微观和宏观起伏 形状,来提供对机械构件和摩擦结合的质量和寿命的控制,
-使处理工艺引起的危险的残余应力减小并重新分布,
-提高在制造和维护过程中,带有工艺引起的残余应力的带载荷产 品和结构的尺寸和变形的稳定性,
-减少并补偿在构件、结构和接头的制造、维护和修理过程中由于 加热工艺和温度梯度所造成的残余应力和变形,
-通过优化在应力集中区域的过渡的几何形状,并引入有利的残余 应力,来分散危险的应力集中,
-提高在涂覆期间的粘合强度,
-提高表面涂层的强度、粘性和品质,
-对不相似的材料进行涂镀和连接处理,和
其任何组合。
48.根据权利要求47所述的方法,其特征在于,所述超声波脉冲 作用的所述至少一个技术效果是在材料、产品、结构或接头的维修、 更新或修理状态下获得的。
49.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,与所述材料对所 述超声波冲击能量的所述响应同步和/或同相位的所述超声波冲击能 量的一组受控的参数,是基于在获得所述至少一个技术效果时,对作 用在所述材料上的所述超声波冲击的最小抗力的标准的基础上,所述 至少一个技术效果是通过所述材料的被处理区域中的所述材料品质饱 和度来确定的,其中,所述这组受控的参数包括以下一个或多个参数:
-超声波冲击长度,其中,所述长度是当压头同时与所述材料及超 声波换能器的尖顶接触时,以及压头在所述材料和所述超声波换能器 的尖顶之间的间隙中的进行超声波振荡的累积时间,
-在超声波冲击之间的间歇持续时间,
-在给定的冲击长度或在冲击之间的间歇内的冲击的重复率或不 工作因数,
-与所处理表面的单位面积或与超声波冲击处理的单位时间相关 的冲击密度,
-冲击效率,其包括单次冲压的面积或体积或在所述材料中引起塑 性变形的材料体积,
-载波超声波振动的幅度和频率,
-由超声波频率的载波振荡所引起的冲击波动的幅度,
-施加在所述材料的表面上并伴随有超声波冲击起动处理的静态 压力,
-超声波机械振荡的系统源的耦合水平,
-冲击点上的等效质量,固有频率和所述等效质量的等效弹性,和
-冲击元件的声弹性,质量和结构。
50.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述过程控制包 括以下顺序:
-通过测量在超声波冲击激励过程中的超声波振动的幅度、冲击频 率和长度、负载状态下的当前参数、以及在超声波冲击之间的间歇内 的振动系统的当前参数和衰减因数,来预先确定经验性的基准数据, 所述系统包括超声波共振体、冲击元件和所处理的材料(UIM),所述超 声波冲击表征了在获得所述至少一个技术效果时,所述材料对所述超 声波脉冲作用的响应和所述材料品质上的任何变化;
-测量UIM系统的振荡参数,其包括在超声波冲击激励过程中的 振荡幅度、冲击频率和长度、负载状态下的当前参数、以及在超声波 冲击之间的间歇内的所述UIM系统振动的当前参数和衰减因数,所述 超声波冲击表征了在施加超声波冲击能量以获得实际的当前参数的实 际操作过程中,所述材料对所述脉冲作用的所述响应和在所述材料品 质上的任何变化;
-将所述UIM系统的振荡参数和所述经验性的基准数据进行比 较;
-通过比较所述基准数据和所述实际的当前数据,来计算在所述经 验性的基准数据和所获得的所述实际的当前数据之间的一致性,并基 于所述至少一个技术效果对所述一致性进行校准;
-将一致性数据转换成控制代码;
-从所述材料对所述脉冲作用的所述响应以及所述材料的处理区 域的品质饱和度的动态变化中,产生控制算法和控制信号;和
-自动地控制UIM中的超声波冲击参数,其适于获得所述至少一 个技术效果。
51.根据权利要求50所述的方法,其特征在于,所述超声波冲击 与所述材料对所述超声波冲击效果的所述响应同步和/或同相位地起 作用,其中,所述超声波冲击参数是根据权利要求50所述的顺序来进 行选择的,并且受到所述超声波脉冲作用的所述最小抗力,其足以在 所述材料的体积中获得所述至少一个技术效果,并且所述最小抗力是 基于所述材料的所述处理区域中的所述材料品质饱和度的基础上来确 定的。
52.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,超声波通过所述 超声波冲击所引起的超声波塑性变形区域而传送到所述材料中,其 中,所述超声波塑性变形的区域通过一系列作用在所述材料上的受控 的超声波脉冲作用而形成,直到在所述区域获得所述材料品质饱和度 为止。
53.根据权利要求50所述的方法,其特征在于,足以在和所述材 料的处理区域的表面上和体积中获得所述至少一个技术效果的材料性 质的均匀分布,是一种处理结果的标准,而所述材料特征是利用根据 权利要求50所述的顺序的主动过程控制来获得的。
54.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述超声波脉冲 作用与所述材料的所述响应的同步,是基于通过在发生于所述材料中 的定向性质变化的期间,侦听所述材料,监测所述材料的所述被处理 区域中的动态变化和所述材料品质饱和度,以及/或者记录所述材料对 所述超声波脉冲作用的宏观响应而获得的信号的基础上。
55.根据权利要求54所述的方法,其特征在于,所述信号代表所 述材料的性能,所述信号在所述材料受到影响时,通过调谐控制的处 理装置来读取。
56.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,所述超声波脉冲 作用与所述材料对所述超声波脉冲作用的所述响应的同步通过以下其 中一种方式来实现:(1)直接地测量所述材料的结构噪音的声信号;(2) 在所述间歇期间测量材料品质;或(3)在所述间歇的单个间歇期间记录 所述材料的基本振荡衰减,所述间歇的单个间歇与所述材料对所述超 声波脉冲作用的所述响应同步和/或同相位。
57.根据权利要求1所述的方法所生产的产品。
58.根据权利要求35所述的方法所生产的产品。
59.根据权利要求19所述的方法所生产的产品。
60.一种包括至少一个金属构件的产品,所述金属构件通过所述 金属构件的脉冲处理来进行改性,并具有所述脉冲处理所引起的至少 一个所得的技术效果,所述所得的技术效果是至少以下其中一种:
-在所述构件的表面上和体积中提供效果的均匀分布,
-提高所述材料的限制性物理-机械特征,所述材料的限制性物理- 机械特征至少由屈服点和极限强度,在某些方向上的相对可变形能 力,由于在张紧、压缩、扭曲、弯曲和剪切时的法向应力和剪切应力 而引起的在平面应力状态和体积应力状态下的变形的延展性和抗力来 描述,
-使延展性和冲击强度稳定和提高,
-提高抗疲劳抗力和抗裂能力,
-提高接触应力抗力,
-提高热机械应力抗力,
-提高热机械疲劳和老化抗力,
-提高应力腐蚀失效抗力,
-提高腐蚀疲劳失效抗力,
-当所述构件是焊接金属和铸造合金时,提高所述构件的品质和均 匀性,
-将金属在冷却时收缩所引起的危险的残余拉伸应力替代为有利 的压缩应力,
-当所述构件的结构是在加热之后进行淬火时在相变温度的区域 中形成时,提高构件的延展性,
-提高在所述构件的发热过程中的稳定相态和稳定结构的形成速 度,
-降低在所述构件的固熔体中的扩散氢含量,
-提供所述构件的应变硬化,
-提供所述构件的应变合金化,
-基于将超精细粉末导入到延性的基体中的基础上,来提供所述构 件的扩散合金化,
-形成高强度的复合材料,
-提供所述构件的性质的热机械改进,
-提高包括所述构件的机械部件的寿命和操作可靠性,其包括由于 材料表面上硬化金属以及更延展性基体所形成的结构层而增强的机械 强度、疲劳强度和接触强度,并消除了对所述机械部件的热处理,
-将包括所述构件并由机械加工完成的机械部件表面上的残余拉 伸应力替换为有利的压缩应力,
-通过提供最小的粗糙度,产生压缩应力并获得其非常均匀的分 布,来提高包括所述构件的机械部件的表面质量,
-通过在所述构件表面上产生规则且均匀分布的微观和宏观起伏 形状,来提供对包括所述构件的机械部件和摩擦结合的质量和寿命的 控制,
-使危险的工艺引起的残余应力减小并重新分布,
-利用工艺引起的残余应力,来提高在制造和维护过程中,包括所 述构件的带载荷产品和结构的尺寸和变形的稳定性,
-减少并补偿在包括所述构件的部件、结构和接头的制造、维护和 修理过程中,由于加热工艺和温度梯度所造成的残余应力和变形,
-通过优化在应力集中区域的过渡的几何形状并引入有利的残余 应力,从而分散危险的应力集中,
-提高在涂覆期间的粘合强度,
-提高表面涂层的强度、粘性和品质,
-涂镀和连接不相似的材料,和
它们的任何组合。
61.根据权利要求60所述的产品,其特征在于,所述脉冲处理是 超声波脉冲。
本发明涉及一种脉冲处理的方法,其通过自适应地控制施加在 材料/物体上的脉冲作用而使材料或物体如焊接接头改变或产生至 少一个规定的性质,或者生产出一种具有至少一个规定性质的材料 或物体。脉冲作用包括标准化的脉冲和间歇(pause),即,材料状态 脉冲激励的周期与脉冲之间的松弛/间歇的周期的受控的和自适应 的交替变化。这种脉冲作用的能量和等量的冲击作用可来源于各种 来源,但是当这种能量由超声波冲击所引发并传送时,本发明的方 法尤其有利,其中,所述能量作用于任何合适的材料或物体上,从 而在一系列受控脉冲作用所处理的区域中使材料或物体改变或产生 了至少一个性质,以便获得所需的技术效果。
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