奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统及方法

摘要

本发明涉及冲压成形封头质量检测技术，旨在提供一种奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统及方法。该系统包括导向卷尺和底部设导向轮的测量平台，其前端设L形槽孔，经向划线拨杆和环向划线拨杆活动安装于其中；经向和环向划线拨杆的一端呈锥形放大，分别活动安装在设于调节环上的纵向滑槽中；调节环内部套设激光头，激光头通过光纤连接至激光发生器；测量平台的后端设拉线位移传感器、拉线导杆角度调节旋钮、拉线导杆和拉线导轮。本发明精度更高，减少读数误差；使用激光划线效率高、精度高、成本低；对材料表面损伤小，对封头材料的表面性能影响更小；标记永久不可磨灭，增强了标记的可追溯性，也提高了适用范围。

权利要求

1.一种奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统，包括位于封头顶点的标记物，其特征在于，该系统还包括导向卷尺和移动标记装置；所述移动标记装置包括一个测量平台，其底部设置四个导向轮；

测量平台的前端设L形槽孔，经向划线拨杆和环向划线拨杆活动安装于其中；经向和环向划线拨杆的一端均设置螺纹，用于连接拨杆旋钮；经向和环向划线拨杆的另一端部呈锥形放大，分别活动安装在设于调节环上的纵向滑槽中；调节环内部套设一个激光头，激光头通过调节环上的调节旋钮实现位置调整和固定，激光头通过光纤连接至激光发生器；测量平台的后端设拉线位移传感器、拉线导杆角度调节旋钮、拉线导杆和拉线导轮，拉线位移传感器的拉线端朝向测量平台底部方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导向卷尺为多层结构，其上表面是刻度线层，中间为粘性层，底部为厚度不超过0.4mm的含磁胶条层，且含磁胶条层的外表面为磨砂面。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述拨杆旋钮与测量平台之间设置垫片和弹簧，用于使划线拨杆回复位置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量平台的底部安装有LED光源。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导向卷尺的宽度不超过10mm，总厚度不超过0.5mm，刻度分度值小于1mm。

6.利用权利要求1所述测量系统实现奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)定位：

在封头顶点安装标记物，沿封头任一经线放置导向卷尺，使导向卷尺紧贴封头表面不发生滑动；将测量平台放在封头表面，其一侧的导向轮的轮缘靠紧导向卷尺的侧边；将拉线位移传感器的拉线拉出，绕过拉线导轮后从测量平台底部穿出，沿着平行于导向卷尺的方向拉伸至封头顶点后，将拉线固定在标记物上；通过拉线导杆角度调节旋钮调整拉线导杆的角度，使拉线沿着导向卷尺的侧边紧贴着封头表面；

(2)划标记：

打开激光发生器后，沿着导向卷尺向下移动测量平台，根据设定间距在封头表面上以激光头划标记；划标记是通过分别按压经向划线拨杆和环向划线拨杆来完成的，能够通过激光在标记点位置烧灼出一个L形直角标记，以用于测量封头经向和环向的塑性变形情况；

(3)测量：

经向塑性变形的测量：在封头冲压成形前，通过拉线位移传感器测量在步骤(2)中所划标记点沿封头表面与标记物的距离；在封头冲压成形后，沿着原标记点与标记物之间的连线重复操作步骤(1)；然后通过拉线位移传感器再次测量在步骤(2)中所划标记点在变形后沿封头表面与标记物的距离，通过计算得到封头沿经线方向的塑性变形数据；

环向塑性变形的测量：在封头冲压成形前，沿封头表面的至少两条经线重复执行步骤(1)和(2)，在不同经线上按设定间距划出L形直角标记，随后将测量平台沿封头环向布置，逐次以其中一条经线上标记点的经向标记为起始点，测量两条或多条经线上相应标记点的经向标记线之间的距离；在封头冲压成形后，再次使用测量平台测量变形前所测的标记点的经向标记线在变形后的距离，通过计算得到封头在该位置处的环向塑性变形数据。

说明书

奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冲压成形封头质量检测技术，具体涉及一种冲压成形封头塑性变形量的测量系统及方法。

背景技术

[0002] 随着国家清洁能源战略的实施，国内液化天然气(LNG)等清洁能源需求增长迅速，奥氏体不锈钢(如S30408)深冷容器作为LNG的主要储运设备之一，其需求量亦越来越大。封头作为深冷容器的核心部件之一，其性能关系到容器产品的使用安全，因此对封头质量提出了较高的要求。冲压成形工艺因其加工精度高、表面质量好、生产效率高等优点，被普遍用于中小型深冷容器的制造，如封头的冲压成形。

[0003] 然而，在奥氏体不锈钢封头冲压过程中，由于形变诱发马氏体相变，过大的塑性变形使得封头(尤其是直边段)产生大量的马氏体。而马氏体相较奥氏体相硬度高、脆性大，且对应力腐蚀有明显的促进作用，从而影响封头服役性能，严重时可能引起封头开裂失效，存在安全隐患。研究发现，马氏体含量和塑性变形之间存在对应关系，可通过限制过量塑性变形来控制形变诱发马氏体含量。因此，对封头的塑性变形量进行精确测量具有重要工程意义。

[0004] 目前，国内采用的封头塑性变形测量系统及方法存在诸多局限性。第一种通过使用油性或水性笔划线做标记，在封头板料冲压前后测量各个标记点之间的距离，从而得到封头冲压前后的塑性变形，该方法使用范围最广，操作灵活性高，但人工划线效率低、费时费力，且标记容易在板料润滑后变模糊而丢失，影响读数，实用性不高；

[0005] 第二种，是通过使用(启动或手动)钢针或电化学腐蚀等方法在封头表面划线做标记，再测量封头板料冲压前后各个标记点之间的距离，从而得到封头冲压前后的塑性变形，该方法使用范围较广，标记较清晰，但划痕深度难以控制，会影响封头表面性能(如粗糙度、耐腐蚀性能等)，不利于提升产品质量，且划线钢针为易耗品，使用成本高，人工划线效率低；

[0006] 另外，中国专利CN104308826B、CN102363300B、CN101890707B授权公开了结构相似的可在封头表面定位划线三维多轴装置，中国专利CN 104117985A公开了一种十字架形贴在封头表面的定位划线装置，这些装置的划线的效率高、定位精度好，但划痕会破坏封头表面完整性，同时装置结构较复杂，安装测量步骤繁琐；

[0007] 还有，是通过使用激光扫描非接触测量压力容器变形量的方法，其在待测物表面做好圆形标记点，通过测量变形前后待测物的空间坐标并计算来得到变形量数据，该方法的测量效率高、精度高，但激光测量仪投入成本高昂，同时对于冲压成形封头，由于压边圈、凸模和凹模的挤压作用，易使封头直边段附近(变形量大)部位的标记丢失，从而变形量测量无法进行，整体适应性不高。另外，大型激光扫描仪等光学测量仪器使用条件苛刻，测量精度容易受烟尘、雾霾、光照、振动等环境因素影响，实用性受到较大限制。

[0008] 还有，中国专利CN103353296A公开了一种通过测量封头变形前后马氏体含量(FN数)的方法来预测封头成形前后塑性变形量的方法，该方法属于间接测量，其测量方便、快速，使用效率高，但准确度不高，其精度取决于前期建立的马氏体相变量与封头壳体、过渡和直边段形变量的关系曲线的有效性，而且铁素体测量仪价格较贵，投入成本较高。

[0009] 总之，目前常用如采用油性笔、钢针、多轴定位划线、激光扫描、马氏体相变量等方法测量封头变形量的装置或方法，仍存在诸多局限性，亟需一种高精度、高可靠、低成本的新型奥氏体封头塑性变形量测量系统。

发明内容

[0010] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统及方法。与传统的划线测量方法相比，解决了标记易丢失及标记易损伤封头表面的问题，同时减少了人工误差，提高了划线效率以及测量精度，还适用于不同尺寸凸形封头的塑性变形测量。

[0011] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：

[0012] 提供一种奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统，包括位于封头顶点的标记物，其特征在于，该系统还包括导向卷尺和移动标记装置；所述移动标记装置包括一个测量平台，其底部设置四个导向轮；

[0013] 测量平台的前端设L形槽孔，经向划线拨杆和环向划线拨杆活动安装于其中；经向和环向划线拨杆的一端均设置螺纹，用于连接拨杆旋钮；经向和环向划线拨杆的另一端部呈锥形放大，分别活动安装在设于调节环上的纵向滑槽中；调节环内部套设一个激光头，激光头通过调节环上的调节旋钮实现位置调整和固定，激光头通过光纤连接至激光发生器；测量平台的后端设拉线位移传感器、拉线导杆角度调节旋钮、拉线导杆和拉线导轮，拉线位移传感器的拉线端朝向测量平台底部方向。

[0014] 本发明中，所述导向卷尺为多层结构，其上表面是刻度线层，中间为粘性层，底部为厚度不超过0.4mm的含磁胶条层，且含磁胶条层的外表面为磨砂面。

[0015] 本发明中，所述拨杆旋钮与测量平台之间设置垫片和弹簧，用于使划线拨杆回复位置。

[0016] 本发明中，所述测量平台的底部安装有LED光源。

[0017] 本发明中，所述导向卷尺的宽度不超过10mm，总厚度不超过0.5mm，刻度分度值小于1mm。

[0018] 本发明进一步提供了利用所述测量系统实现奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量的方法，包括以下步骤：

[0019] (1)定位：

[0020] 在封头顶点安装标记物，沿封头任一经线放置导向卷尺，使导向卷尺紧贴封头表面不发生滑动；将测量平台放在封头表面，其一侧的导向轮的轮缘靠紧导向卷尺的侧边；将拉线位移传感器的拉线拉出，绕过拉线导轮后从测量平台底部穿出，沿着平行于导向卷尺的方向拉伸至封头顶点后，将拉线固定在标记物上；通过拉线导杆角度调节旋钮调整拉线导杆的角度，使拉线沿着导向卷尺的侧边紧贴着封头表面；

[0021] (2)划标记：

[0022] 打开激光发生器后，沿着导向卷尺向下移动测量平台，根据设定间距在封头表面上以激光头划标记；划标记是通过分别按压经向划线拨杆和环向划线拨杆来完成的，能够通过激光在标记点位置烧灼出一个L形直角标记，以用于测量封头经向和环向的塑性变形情况；

[0023] (3)测量：

[0024] 经向塑性变形的测量：在封头冲压成形前，通过拉线位移传感器测量在步骤(2)中所划标记点沿封头表面与标记物的距离；在封头冲压成形后，沿着原标记点与标记物之间的连线重复操作步骤(1)；然后通过拉线位移传感器再次测量在步骤(2)中所划标记点在变形后沿封头表面与标记物的距离，通过计算得到封头沿经线方向的塑性变形数据；

[0025] 环向塑性变形的测量：在封头冲压成形前，沿封头表面的至少两条经线重复执行步骤(1)和(2)，在不同经线上按设定间距划出L形直角标记，随后将测量平台沿封头环向布置，逐次以其中一条经线上标记点的经向标记为起始点，测量两条或多条经线上相应标记点的经向标记线之间的距离；在封头冲压成形后，再次使用测量平台测量变形前所测的标记点的经向标记线在变形后的距离，通过计算得到封头在该位置处的环向塑性变形数据。

[0026] 本发明的实现原理是：

[0027] 由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于封头板材表面时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态，而处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当其返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表层材料瞬间熔融甚至气化，从而形成标记线。

[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0029] (1)拉线位移传感器和高精度卷尺同时测量，其精度较采用普通卷尺单一方法测量的精度更高，同时减少读数误差；

[0030] (2)使用激光划线，效率高、精度高、成本低，同时减少了用笔或钢针划线带来的人为误差；

[0031] (3)与钢针划线方法相比，激光划线对材料表面损伤更小，几乎可忽略不计，对封头材料的表面性能影响更小；

[0032] (4)与油性笔等标记方法相比，激光划线方法的标记永久不可磨灭，增强了标记的可追溯性，也提高了适用范围；

附图说明

[0033] 图1为冲压成形封头塑性变形测量系统示意图。

[0034] 图2为图1中测量系统的俯视图。

[0035] 图3为图2中测量平台局部放大示意图。

[0036] 图4为图3中滑槽部位的剖视图。

[0037] 附图中标记：1标记物；2导向卷尺；3封头板料；4经向划线拨杆；4-1环向划线拨杆；5激光头；5-1调节环；5-2滑槽；5-3调节旋钮；6测量平台；6-1L形槽孔；6-2导向轮；7拉线位移传感器；8拉线导杆角度调节旋钮；9拉线导轮；10光纤；11激光发生器；12LED灯。

具体实施方式

[0038] 本发明针对奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形测量的实际需求，提供了一种测量奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量的系统和方法，实现奥氏体不锈钢封头在冲压成形后塑性变形量的高效率、高精度及无损测量。所述测量系统和方法适用于直径不超过5000mm的凸型封头外表面的塑性变形测量。

[0039] 奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量系统，包括位于封头顶点的标记物1，以及导向卷尺2和移动标记装置；移动标记装置包括一个测量平台6，其底部设置四个导向轮6-2，用于测量平台6的支撑和快速导向定位。测量平台的底部安装有LED光源，便于读数和提高适应性，以降低使用环境光线不足造成的人为误差。

[0040] 测量平台6的前端设L形槽孔，经向划线拨杆4和环向划线拨杆4-1活动安装于其中；经向划线拨杆4和环向划线拨杆4-1的一端均设置螺纹，用于连接拨杆旋钮。拨杆旋钮与测量平台6之间设置垫片和弹簧，用于使经向划线拨杆4和环向划线拨杆4-1回复位置。经向划线拨杆4和环向划线拨杆4-1的另一端部呈锥形放大，分别活动安装在设于调节环5-1上的纵向滑槽5-2中；调节环5-1内部套设一个柱状的激光头5(其发射端朝向测量平台6的下方)，激光头5通过调节环5-1上的销钉状调节旋钮5-3实现位置调整和固定，通过调节旋钮5-3能调节激光头5距离封头表面的高度；激光头5通过光纤10连接至激光发生器11；测量平台6的后端设拉线位移传感器7、拉线导杆角度调节旋钮8、拉线导杆和拉线导轮9，拉线位移传感器7的拉线端朝向测量平台6底部方向。通过拉线导杆角度调节旋钮8可以快速调整导杆角度，便于拉线在测量时贴紧封头表面，以提高测量精度。

[0041] 滑槽5-2的作用是连接划线拨杆和调节环5-1，并通过按压划线拨杆来引导固定在调节环5-1上的激光头5的运动。例如，通过按压经向划线拨杆4端部的拨杆旋钮，调节环5-1在经向划线拨杆4的作用下，沿着环向划线拨杆4-1和调节环5-1之间的滑槽5-2做经向运动，在实现经向划线操作的同时，调节环5-1和两个划线拨杆之间均不会脱离。

[0042] 导向卷尺2为多层结构，其上表面是刻度线层，刻度分度值小于1mm(可选0.5mm)。刻度线贯穿卷尺表面，便于在卷尺任意侧划线或测量。导向卷尺2中间为粘性层，底部为厚度不超过0.4mm的含磁胶条层，且含磁胶条层的外表面为磨砂面，以增大摩擦便于卷尺贴紧封头表面而不滑动。导向卷尺2的宽度不超过10mm，总厚度不超过0.5mm。

[0043] 激光发生器11优先选用10W光纤激光发生器，因为该类激光器泵浦转换效率高(一般为70％～75％)，风冷即可满足制冷需要，输出波长覆盖范围广(400～3400nm)，使用寿命长。划线标记的深度小于0.25mm，宽度小于0.25mm，以减少对封头表面质量的影响，提高适用性。

[0044] 利用所述测量系统实现奥氏体不锈钢冲压成形封头塑性变形量测量的方法，包括以下步骤：

[0045] (1)定位：

[0046] 在封头顶点安装标记物1，沿封头任一经线放置导向卷尺2，使导向卷尺2紧贴封头表面不发生滑动；将测量平台6放在封头表面，其一侧的导向轮6-2的轮缘靠紧导向卷尺2的侧边；将拉线位移传感器7的拉线拉出，绕过拉线导轮9后从测量平台6底部穿出，沿着平行于导向卷尺2的方向拉伸至封头顶点后，将拉线固定在标记物1上；通过拉线导杆角度调节旋钮8调整拉线导杆的角度，使拉线沿着导向卷尺2的侧边紧贴着封头表面；

[0047] (2)划标记：

[0048] 打开激光发生器11后，沿着导向卷尺2向下移动测量平台6，根据设定间距在封头表面上以激光头5划标记；划标记是通过分别按压经向划线拨杆4和环向划线拨杆4-1来完成的，能够通过激光在标记点位置烧灼出一个L形直角标记，以用于测量封头经向和环向的塑性变形情况；

[0049] (3)测量：

[0050] 经向塑性变形的测量：在封头冲压成形前，通过拉线位移传感器7测量在步骤(2)中所划标记点沿封头表面与标记物1的距离；在封头冲压成形后，沿着原标记点与标记物之间的连线重复操作步骤(1)；然后通过拉线位移传感器7再次测量在步骤(2)中所划标记点在变形后沿封头表面与标记物1的距离，通过计算得到封头沿经线方向的塑性变形数据；

[0051] 环向塑性变形的测量：在封头冲压成形前，沿封头表面的至少两条经线重复执行步骤(1)和(2)，在不同经线上按设定间距划出L形直角标记，随后将测量平台6沿封头环向布置，逐次以其中一条经线上标记点的经向标记为起始点，测量两条或多条经线上相应标记点的经向标记线之间的距离；在封头冲压成形后，再次使用测量平台6测量变形前所测的标记点的经向标记线在变形后的距离，通过计算得到封头在该位置处的环向塑性变形数据。