專利名稱：用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置。
背景技術：
在制造加工過程中，工件受到來自諸如焊接、鑄造、熱處理、切削、鍛造等各種工藝因素的作用和影響，同時在裝配過程中也會出現因為尺寸不協調而造成的強行裝配。所有這些都會在工件內部產生不必要的殘余應力，從而降低了工件的靜載強度、抗疲勞強度和加速了工件的應力腐蝕過程，同時也是工件產生變形和開裂的重要影響因素。所以，如何降低或消除工件中不必要的殘余應力，一直是機械制造工藝中迫切需要解決的一個關鍵技術問題。常見的消除殘余應力工藝有自然時效和熱時效技術。自然時效依靠晝夜季節的溫度變化，給工件施加反復的溫度應力，長期積累使金屬構件發生細微的收縮和膨脹，使金屬晶格緩慢滑移，并最終達到釋放殘余應力的目的，但自然時效耗時長、效率低、占地面積大， 并且自然時效工藝不易管理。熱時效即去應力退火法，通過將工件加熱到相變溫度以下，在熱狀態下降低工件材料的屈服極限，從而使工件材料在殘余應力作用下發生屈服變形，產生應力松弛，從而降低或消除工件內部的殘余應力。熱時效周期較自然時效大為縮短，應用廣泛，但是退火爐造價高、能耗高、占地面積大、輔助設備多、工件易氧化、勞動條件差、污染嚴重且不易處理大型構件或加熱易受損的構件，并且熱時效處理會降低材料的力學性能。

發明內容
為克服現有技術的缺點，本發明設計了一種結構緊湊，使用方便，效率高的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置。用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，包括提供電源的電源輸入模塊，儲存電能的電容器儲能組，對電容器儲能組進行充電的充電模塊，和將電容器儲能組儲存的電能釋放至負載的放電模塊；所述的充電模塊和放電模塊受控于第一繼電器，所述的第一繼電器的線圈與一控制所述的充電模塊與放電模塊輪流導通、使電容器儲能組先充電后放電的時序控制模塊連接。進一步，所述的電源輸入模塊與充電模塊之間設有升壓整流電路，所述的升壓整流電路由與所述的電源輸入模塊連接的升壓變壓器和與所述的充電模塊連接的高壓硅堆橋式整流器組成。進一步，所述的充電模塊包括所述的第一繼電器的一組常開觸點、保護電阻、二極管、可控硅、阻容吸收電路和充電限流電阻，所述的常開觸點通過保護電阻、二極管與可控硅的控制極連接，所述的阻容吸收電路與可控硅并聯，所述的可控硅通過充電限流電阻與所述的電容器儲能組連接；所述的阻容吸收電路由吸收電阻和吸收電容串聯組成。
進一步，所述的放電模塊包括所述的第一繼電器的一組常閉觸點，與工件接觸的放電電極，和與所述的電容器儲能組連接的真空接觸器，以及與所述的真空接觸器串聯、用于調整電參數以產生脈沖電流的可調電感；調節所述的可調電感以改變所述的放電模塊的電參數，并改變所述的電容器儲能組放電產生高能電脈沖的形式；所述的放電電極通過夾具與工件夾緊；當常閉觸點閉合時，所述的真空接觸器的控制線圈得電，放電模塊導通。進一步，所述的放電模塊與一測量其釋放的脈沖電流的放電電流采樣測量模塊連接，所述的放電電流采樣測量模塊包括與所述的放電模塊連接的互感器，放大互感器采集的脈沖電流的放大器，和顯示、存儲該放大后的脈沖電流信號的數字存儲示波器。進一步，所述的時序控制模塊包括PWM波發生器，與所述的PWM波發生器連接的限流電阻，和與所述的第一繼電器的線圈連接的三極管；當PWM波輸入為高電平時，所述的三極管導通，所述的第一繼電器得電，斷開所述的放電模塊，導通所述的充電模塊，對所述的電容器儲能組進行充電；當PWM波輸入為低電平時，所述的三極管截止，所述的第一繼電器失電，斷開所述的充電模塊，導通所述的放電模塊，所述的電容器儲能組向工件釋放高能電脈沖、以消除工件的殘余應力；通過調節PWM波的周期和占空比控制所述的電容器儲能組的充電時間和放電時間。進一步，所述的電容器儲能組由多個高壓電容器并聯組成。進一步，所述的電容器儲能組與釋放電容器儲能組放電后的殘余電能的斷電自動泄荷電路連接，所述的斷電自動泄荷電路受控于第二繼電器，所述的斷電自動泄荷電路由所述的第二繼電器的常閉觸點和泄荷電阻組成。本發明的技術構思是通過多個高壓電容器并聯組成電容器儲能組儲存電能，由 PWM波充放電時序電路控制充電模塊和放電模塊按照預先設定的時序動作輪流觸發導通， 控制高壓電容器儲能組先進行充電，充滿電后再進行放電處理，以產生高能電脈沖對工件進行消除殘余應力的處理。本發明具有線路簡單、結構緊湊、使用方便、效率高的特點。


圖1為本發明的電路原理圖。圖2為PWM波示意圖。圖3為電容器儲能組對負載放電的等效回路。圖如放電回路的衰減的振蕩脈沖電流。圖4b放電回路的單調的衰減脈沖電流。
具體實施例方式參照附圖，進一步說明本發明用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，包括提供電源的電源輸入模塊1，儲存電能的電容器儲能組3，對電容器儲能組3進行充電的充電模塊4，和將電容器儲能組3儲存的電能釋放至負載的放電模塊5 ；所述的充電模塊4和放電模塊5受控于第一繼電器KM1，所述的第一繼電器KMl的線圈與一控制所述的充電模塊4與放電模塊5輪流導通、使電容器儲能組3先充電后放電的時序控制模塊6連接。所述的電源輸入模塊1與充電模塊4之間設有升壓整流電路2，所述的升壓整流電路2由與所述的電源輸入模塊1連接的升壓變壓器Tl和與所述的充電模塊4連接的高壓硅堆DGl 6組成的三相高壓橋式整流器組成。所述的充電模塊4包括所述的第一繼電器KMl的一組常開觸點KM1-1、保護電阻 R2、二極管D1、可控硅SCR、阻容吸收電路和充電限流電阻R3，所述的常開觸點KMl-I通過保護電阻R2、二極管Dl與可控硅SCR的控制極連接，所述的阻容吸收電路與可控硅SCR并聯，所述的可控硅通過充電限流電阻R3與所述的電容器儲能組3連接；所述的阻容吸收電路由吸收電阻Rl和吸收電容Cl串聯組成。所述的放電模塊5包括所述的第一繼電器KMl的一組常閉觸點KM1-2，與工件接觸的放電電極Jl、J2，和與所述的電容器儲能組3連接的真空接觸器TJC，以及與所述的真空接觸器TJC串聯、用于調整電參數以產生合適脈沖電流的可調電感Ltl ；調節所述的可調電感Ltl以改變所述的放電模塊5的電參數，并改變所述的電容器儲能組3放電產生高能電脈沖的；所述的放電電極J1、J2通過夾具與工件夾緊；當常閉觸點KM1-2閉合時，所述的真空接觸器TJC的控制線圈得電，放電模塊5導通。所述的放電模塊5與一測量其釋放的脈沖電流的放電電流采樣測量模塊8連接， 所述的放電電流采樣測量模塊8包括與所述的放電模塊5連接的互感器RC0，放大互感器采集的脈沖電流的放大器AP，和顯示、存儲該放大后的脈沖電流信號的數字存儲示波器0SC。所述的時序控制模塊6包括PWM波發生器，與所述的PWM波發生器連接的限流電阻R5，和與所述的第一繼電器KMl的線圈連接的三極管Ql ；當PWM波輸入為高電平時，所述的三極管Ql導通，所述的第一繼電器KMl得電，斷開所述的放電模塊5，導通所述的充電模塊4，對所述的電容器儲能組3進行充電；當PWM波輸入為低電平時，三極管Ql截止，所述的第一繼電器KMl失電，斷開所述的充電模塊4，導通所述的放電模塊5，所述的電容器儲能組3對所述的工件釋放高能電脈沖、以消除工件的殘余應力；通過調節PWM波的周期和占空比控制所述的電容器儲能組3的充電時間和放電時間。所述的電容器儲能組3由多個高壓電容器CHM并聯組成。所述的電容器儲能組3與釋放電容器儲能組3放電后的殘余電能的斷電自動泄荷電路7連接，所述的斷電自動泄荷電路7受控于第二繼電器KM2，所述的斷電自動泄荷電路 7由所述的第二繼電器KM2的常閉觸點KM2-1和泄荷電阻R4組成。本發明的技術構思是通過多個高壓電容器CHM并聯組成電容器儲能組儲存電能，由PWM波充放電時序電路控制充電模塊4和放電模塊5按照預先設定的時序動作輪流觸發導通，控制高壓電容器儲能組3先進行充電，充滿電后再進行放電處理，以產生高能電脈沖對工件進行消除殘余應力的處理。在圖1中，電源輸入模塊1的輸入端連接三相四線電源，經過保險絲由空氣開關QG 引入給升壓整流電路2，三相四線電源的其中一相給開關電源KP供電，以產生直流電。升壓整流電路2先通過三相升壓變壓器Tl提高充電交流電源電壓，再經過六個高壓硅堆DGl DG6組成的橋式整流電路進行整流，以輸出高壓脈動直流電。電容器儲能組3由多個高壓電容器CHM并聯組成，用于儲存電能進行放電處理。充電模塊4在第一繼電器KMl的一組常開觸點KMl-I得電閉合后，經過保護電阻R2和二極管Dl觸發導通可控硅SCR，將整流后的高壓脈動直流電對電容器儲能組3進行恒壓充電。放電模塊5中，第一繼電器KMl的另一組常閉觸點KM1-2在失電后閉合使真空接觸器TJC的線圈得電，從而觸發導通真空接觸器 TJC,經過兩個銅電極Jl和J2將高能電脈沖快速釋放給負載，放電模塊5中的可調電感Ltl 用于調整放電回路的電參數，以產生脈沖電流。時序控制模塊6中當PWM波輸入為高電平時三極管Ql導通，使繼電器KMl得電，在PWM波輸入為低電平時三極管Ql截止，使繼電器 KMl失電，從而控制充電模塊4和放電模塊5按照一定的時序輪流觸發導通，以控制電容器儲能組3先進行充電，充滿電后再進行放電處理。自動泄荷回路7受第二繼電器KM2控制， 當空氣開關QG閉合后，第二繼電器KM2得電將常閉觸點KM2-1斷開，從而使自動泄荷回路 7不起作用，當空氣開關QG斷開后，第二繼電器KM2失電將常閉觸點KM2-1閉合，這樣就能將電容器儲能組3中還未釋放或殘留的電能通過強制與外接電阻R4接通以將其釋放，防止誤觸電。放電電流采樣測量模塊8通過在放電模塊中接互感器RC0，對放電模塊5的脈沖電流進行采樣測量，經信號放大器AP放大處理后，通過示波器OSC顯示采集。在圖2中，控制充放電時序的PWM波在、時間內為高電平，充電模塊4觸發導通， 使得電容器儲能組3進行充電；PWM波在t2時間內為低電平，放電模塊5導通，電容器儲能
組3對負載進行放電；PWM波的周期T =、+、，占空比7 = ^，通過調節周期T和占空比q就
可以控制電容器儲能組3的充電時間、和放電時間t2。在圖3中，C為放電回路的等效總電容，R是放電回路的等效總電阻，L為放電回路
的等效總電感，電容器儲能組3充滿電后的電壓值假設為Utl，充滿電后通過放電開關K對負
載進行放電；根據基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律和各電路元件的伏安特性，可列出 1 2 · 1 ·
放電回路方程ZC 4 + RC藝+ 1 = 0。 dt2 dt令阻尼系數< = fjf，無阻尼振蕩角頻率％=]^，放電回路方程為
2\Lλ/Zc
1 2 · 1 ·
■^■ + 2。y "^ + M2Z = OAOS ζ < 1時，放電回路的瞬態響應是衰減的振蕩過程，會產 dt2 b "dt “
生圖如所示的衰減的振蕩脈沖電流；當ζ > ι時，放電回路的瞬態響應是單調的衰減過程，會產生圖4b所示的單調的衰減脈沖電流。通過調節所述的可調電感Ltl來改變放電回路的阻尼系數ζ和無阻尼振蕩角頻率ωη以使放電回路產生不同形式的脈沖電流，從而滿足用所述的電容器儲能組3放電產生高能電脈沖的需要。用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置正是通過電容器儲能組3放電產生脈沖電流來消除工件的殘余應力。本發明具有線路簡單、結構緊湊、使用方便、效率高的特點。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于包括提供電源的電源輸入模塊，儲存電能的電容器儲能組，對電容器儲能組進行充電的充電模塊，和將電容器儲能組儲存的電能釋放至負載的放電模塊；所述的充電模塊和放電模塊受控于第一繼電器，所述的第一繼電器的線圈與一控制所述的充電模塊與放電模塊輪流導通、使電容器儲能組先充電后放電的時序控制模塊連接。
2.如權利要求1所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的電源輸入模塊與充電模塊之間設有升壓整流電路，所述的升壓整流電路由與所述的電源輸入模塊連接的升壓變壓器和與所述的充電模塊連接的高壓硅堆橋式整流器組成。
3.如權利要求2所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的充電模塊包括所述的第一繼電器的一組常開觸點、保護電阻、二極管、可控硅、阻容吸收電路和充電限流電阻，所述的常開觸點通過保護電阻、二極管與可控硅的控制極連接，所述的阻容吸收電路與可控硅并聯，所述的可控硅通過充電限流電阻與所述的電容器儲能組連接；所述的阻容吸收電路由吸收電阻和吸收電容串聯組成。
4.如權利要求3所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的放電模塊包括所述的第一繼電器的一組常閉觸點，與工件接觸的放電電極，和與所述的電容器儲能組連接的真空接觸器，以及與所述的真空接觸器串聯、用于調整電參數以產生脈沖電流的可調電感；調節所述的可調電感以改變所述的放電模塊的電參數，并改變所述的電容器儲能組放電產生高能電脈沖的形式；所述的放電電極通過夾具與工件夾緊；當常閉觸點閉合時，所述的真空接觸器的控制線圈得電，放電模塊導通。
5.如權利要求4所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的放電模塊與一測量其釋放的脈沖電流的放電電流采樣測量模塊連接，所述的放電電流采樣測量模塊包括與所述的放電模塊連接的互感器，放大互感器采集的脈沖電流的放大器，和顯示、存儲該放大后的脈沖電流信號的數字存儲示波器。
6.如權利要求5所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的時序控制模塊包括PWM波發生器，與所述的PWM波發生器連接的限流電阻，和與所述的第一繼電器的線圈連接的三極管；當PWM波輸入為高電平時，所述的三極管導通，所述的第一繼電器得電，斷開所述的放電模塊，導通所述的充電模塊，對所述的電容器儲能組進行充電；當PWM波輸入為低電平時，所述的三極管截止，所述的第一繼電器失電，斷開所述的充電模塊，導通所述的放電模塊，所述的電容器儲能組向工件釋放高能電脈沖、以消除工件的殘余應力；通過調節PWM波的周期和占空比控制所述的電容器儲能組的充電時間和放電時間。
7.如權利要求6所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的電容器儲能組由多個高壓電容器并聯組成。
8.如權利要求7所述的用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，其特征在于所述的電容器儲能組與釋放電容器儲能組放電后的殘余電能的斷電自動泄荷電路連接，所述的斷電自動泄荷電路受控于第二繼電器，所述的斷電自動泄荷電路由所述的第二繼電器的常閉觸點和泄荷電阻組成。
全文摘要
用電容器放電產生高能電脈沖的殘余應力消除裝置，包括提供電源的電源輸入模塊，儲存電能的電容器儲能組，對電容器儲能組進行充電的充電模塊，和將電容器儲能組儲存的電能釋放至負載的放電模塊；所述的充電模塊和放電模塊受控于第一繼電器，所述的第一繼電器的線圈與一控制所述的充電模塊與放電模塊輪流導通、使電容器儲能組先充電后放電的時序控制模塊連接。本發明具有線路簡單、結構緊湊、使用方便、效率高的特點。
文檔編號C21D10/00GK102260785SQ20111020736
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月23日 優先權日2011年7月23日
發明者何聞, 賈叔仕, 鄭建毅, 顧邦平 申請人:浙江大學