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測力傳感器的處理工藝
文章出處：網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載人氣：發(fā)表時間：2020-08-28 14:48:52
由于彈性元件在毛坯鍛造、機械加工、熱處理、表面打磨、電阻應變計粘貼和加壓固化等工藝過程中產(chǎn)生各種殘余應力，隨著時間和使用條件的變化不斷松弛釋放，而造成測力傳感器的性能波動，主要表現(xiàn)在零點和靈敏度不穩(wěn)定。
為使測力傳感器在生產(chǎn)過程中渡過初始不穩(wěn)定期，采用工藝手段模擬各種使用條件進行試驗，使其盡快穩(wěn)定的工藝稱為穩(wěn)定性處理，也稱人工老煉試驗。測力傳感器釋放殘余應力的穩(wěn)定性處理方法，除制造工藝流程中常用的溫度老化和電老化處理外，主要有兩種方法，即熱處理法和機械法。
1、熱處理法
多應用于鋁合金測力傳感器，在毛坯加工成彈性元件后進行，主要有反淬火法、冷熱循環(huán)法和恒溫時效法。
（1） 反淬火法
國內(nèi)也稱深冷急熱法。將鋁合金彈性元件置于-196℃的液氮中，保溫12小時后，迅速用新生的高速蒸汽噴射或放入沸水之中。因深冷與急熱產(chǎn)生的應力方向相反而相互抵消，達到釋放殘余應力的目的。試驗表明，采用液氮———高速蒸汽法可降低殘余應力84%，采用液氮———沸水法可降低殘余應力50%。
（2） 冷熱循環(huán)法
冷熱循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝為- 196℃×4小時/190℃×4小時，循環(huán)3次，可使殘余應力下降90%左右，并且組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，微量塑性變形抗力高，尺寸穩(wěn)定性好。釋放殘余應力的效果如此明顯，一是因為加熱時原子熱運動能量增加，點陣畸變減小或消失，內(nèi)應力下降，上限溫度越高，原子熱運動越大塑性越好，越有利于殘余應力釋放。二是因為冷熱溫度梯度產(chǎn)生的熱應力與殘余應力相互作用，使其重新分布而獲得殘余應力下降的效果。
（3） 恒溫時效法
恒溫時效即可消除機械加工產(chǎn)生的殘余應力，又能消除熱處理引入的殘余應力。LY12硬鋁合金在200℃高溫下恒溫時效時，殘余應力釋放與時效時間關(guān)系表明，保溫24小時，可使殘余應力下降50%左右。
2、機械法
機械法穩(wěn)定性處理，多在測力傳感器電路補償與調(diào)整和防護密封后，基本形成產(chǎn)品時進行。主要工藝有脈動疲勞法、超載靜壓法和振動時效法。
（1） 脈動疲勞法
將測力傳感器安裝在低頻疲勞試驗機上，施加上限為額定載荷或120%額定載荷，以每秒3～5次的頻率進行5000～10000次的循環(huán)。可有效的釋放彈性元件、電阻應變計、應變粘結(jié)劑膠層的殘余應力，提高零點和靈敏度穩(wěn)定性的效果極為明顯。
（2） 超載靜壓法
理論上適用于各種量程，但在實際生產(chǎn)中以鋁合金小量程測力傳感器應用較多。
其工藝是：在專用的標準砝碼加載裝置中或簡易的機械螺旋加載設(shè)備上，對測力傳感器施加125%額定載荷，保持4～8小時，或施加110%額定載荷，保持24小時，兩種工藝都可以達到釋放殘余應力，提高零點和靈敏度穩(wěn)定性的目的。由于超載靜壓工藝所用設(shè)備簡單，成本低，效果好，為鋁合金測力傳感器制造企業(yè)廣泛采用。
（3） 振動時效 （Vibratory Sterss Reliering） 法
將測力傳感器安裝在額定正弦推力滿足振動時效要求的振動臺上，根據(jù)稱重傳感器的額定量程估算頻率，來決定施加的振動載荷、工作頻率和振動時間。共振時效比振動時效釋放殘余應力的效果更好，但必須測量出測力傳感器的固有頻率。振動時效和共振時效工藝的特點是：能耗低，周期短，效果好，不損壞彈性元件表面，而且操作簡單。振動時效的機理，目前尚無定論。國外專家提出的理論和觀點有：塑性變形理論、疲勞理論、晶格錯位滑移理論、能量觀點及材料力學觀點等。只是作出了不同程度的解釋，但都沒有充分的、有說服力的、權(quán)威性的試驗證明。
這些理論和觀點往往是相互交叉的，所以可認為振動時效的機理是一個復雜的過程。經(jīng)過振動時效的試驗研究，有些專家傾向于用材料力學的重復應力過載的觀點，解釋振動時效的機理。即作用在彈性元件上的振動應力與其內(nèi)部的殘余應力相互作用，使殘余應力松弛并釋放。
為使測力傳感器在生產(chǎn)過程中渡過初始不穩(wěn)定期，采用工藝手段模擬各種使用條件進行試驗，使其盡快穩(wěn)定的工藝稱為穩(wěn)定性處理，也稱人工老煉試驗。測力傳感器釋放殘余應力的穩(wěn)定性處理方法，除制造工藝流程中常用的溫度老化和電老化處理外，主要有兩種方法，即熱處理法和機械法。
1、熱處理法
多應用于鋁合金測力傳感器，在毛坯加工成彈性元件后進行，主要有反淬火法、冷熱循環(huán)法和恒溫時效法。
（1） 反淬火法
國內(nèi)也稱深冷急熱法。將鋁合金彈性元件置于-196℃的液氮中，保溫12小時后，迅速用新生的高速蒸汽噴射或放入沸水之中。因深冷與急熱產(chǎn)生的應力方向相反而相互抵消，達到釋放殘余應力的目的。試驗表明，采用液氮———高速蒸汽法可降低殘余應力84%，采用液氮———沸水法可降低殘余應力50%。
（2） 冷熱循環(huán)法
冷熱循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝為- 196℃×4小時/190℃×4小時，循環(huán)3次，可使殘余應力下降90%左右，并且組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，微量塑性變形抗力高，尺寸穩(wěn)定性好。釋放殘余應力的效果如此明顯，一是因為加熱時原子熱運動能量增加，點陣畸變減小或消失，內(nèi)應力下降，上限溫度越高，原子熱運動越大塑性越好，越有利于殘余應力釋放。二是因為冷熱溫度梯度產(chǎn)生的熱應力與殘余應力相互作用，使其重新分布而獲得殘余應力下降的效果。
（3） 恒溫時效法
恒溫時效即可消除機械加工產(chǎn)生的殘余應力，又能消除熱處理引入的殘余應力。LY12硬鋁合金在200℃高溫下恒溫時效時，殘余應力釋放與時效時間關(guān)系表明，保溫24小時，可使殘余應力下降50%左右。
2、機械法
機械法穩(wěn)定性處理，多在測力傳感器電路補償與調(diào)整和防護密封后，基本形成產(chǎn)品時進行。主要工藝有脈動疲勞法、超載靜壓法和振動時效法。
（1） 脈動疲勞法
將測力傳感器安裝在低頻疲勞試驗機上，施加上限為額定載荷或120%額定載荷，以每秒3～5次的頻率進行5000～10000次的循環(huán)。可有效的釋放彈性元件、電阻應變計、應變粘結(jié)劑膠層的殘余應力，提高零點和靈敏度穩(wěn)定性的效果極為明顯。
（2） 超載靜壓法
理論上適用于各種量程，但在實際生產(chǎn)中以鋁合金小量程測力傳感器應用較多。
其工藝是：在專用的標準砝碼加載裝置中或簡易的機械螺旋加載設(shè)備上，對測力傳感器施加125%額定載荷，保持4～8小時，或施加110%額定載荷，保持24小時，兩種工藝都可以達到釋放殘余應力，提高零點和靈敏度穩(wěn)定性的目的。由于超載靜壓工藝所用設(shè)備簡單，成本低，效果好，為鋁合金測力傳感器制造企業(yè)廣泛采用。
（3） 振動時效 （Vibratory Sterss Reliering） 法
將測力傳感器安裝在額定正弦推力滿足振動時效要求的振動臺上，根據(jù)稱重傳感器的額定量程估算頻率，來決定施加的振動載荷、工作頻率和振動時間。共振時效比振動時效釋放殘余應力的效果更好，但必須測量出測力傳感器的固有頻率。振動時效和共振時效工藝的特點是：能耗低，周期短，效果好，不損壞彈性元件表面，而且操作簡單。振動時效的機理，目前尚無定論。國外專家提出的理論和觀點有：塑性變形理論、疲勞理論、晶格錯位滑移理論、能量觀點及材料力學觀點等。只是作出了不同程度的解釋，但都沒有充分的、有說服力的、權(quán)威性的試驗證明。
這些理論和觀點往往是相互交叉的，所以可認為振動時效的機理是一個復雜的過程。經(jīng)過振動時效的試驗研究，有些專家傾向于用材料力學的重復應力過載的觀點，解釋振動時效的機理。即作用在彈性元件上的振動應力與其內(nèi)部的殘余應力相互作用，使殘余應力松弛并釋放。
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