超低温阀门用高应力弹簧的深冷热处理方法与流程

本发明涉及弹簧深冷热处理领域，特别是涉及超低温阀门用高应力弹簧的深冷热处理方法。

背景技术：

1、超低温阀门广泛应用于液化天然气、液氢、液氧及液氮等深冷介质的输送与控制系统中，其用高应力弹簧需在极低温度下长期保持稳定的弹性模量与刚度特性，以确保阀门密封可靠性与动作精准性，深冷处理作为提升弹簧低温力学性能与组织稳定性的关键工艺，通过将材料冷却至深冷区并保温一定时间，可促进残余奥氏体向马氏体转变、细化亚结构并消除残余应力，从而显著提高弹簧的尺寸稳定性与抗疲劳性能。

2、然而，传统深冷处理工艺普遍采用固定的温度-时间曲线，其工艺参数一经设定便在整个处理过程中保持不变，无法根据材料内部马氏体相变的实时进程进行动态调整，且保温时间不足将导致残余奥氏体分解不充分，弹簧在后续使用中容易发生时效性相变与刚度漂移，保温时间过长则造成能源浪费，且可能引发组织粗化、微裂纹萌生等过度处理缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供超低温阀门用高应力弹簧的深冷热处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、超低温阀门用高应力弹簧的深冷热处理方法，包括以下步骤：

4、s1，获取超低温阀门的最低工作温度，以确定深冷保温温度；

5、s2，将弹簧装入深冷箱内的非磁性工装中，使弹簧轴向与深冷箱内的脉冲磁场线圈轴向一致，依次降温至多个低温平台，在每一降温阶段结束时的低温平台温度下，施加预设强度和预设频率的脉冲磁场，同时，启动预设幅度的低温热振荡；

6、s3，当温度达到深冷保温温度时，进入深冷保温阶段，施加对应的脉冲磁场，同时，启动对应的低温热振荡，获取当前采样时段内弹簧的磁导率信号，并分离出马氏体相变引起的准静态趋势分量；

7、s4，在当前采样时段内基于预设的采样频率，逐点计算准静态趋势分量的变化率绝对值，形成变化率绝对值序列，并将变化率绝对值序列的平均值作为第一判据值，将当前采样时段内准静态趋势分量的标准差作为第二判据值，当第一判据值小于第一预设阈值，且第二判据值小于第二预设阈值时，执行步骤s5，反之，则返回至步骤s3；

8、s5，根据当前采样时段内的准静态趋势分量确定刚度漂移量，当刚度漂移量处于预设允许刚度漂移区间内时，停止脉冲磁场和低温热振荡，回温至室温，然后对其进行回火处理，反之，则返回至步骤s3。

9、进一步的，所述脉冲磁场的强度与低温平台的温度负相关，脉冲磁场的频率与低温平台的温度正相关。

10、进一步的，所述低温热振荡的幅度在低温平台温度下和深冷保温阶段保持相同，各个低温平台温度下的低温热振荡持续时间保持相同。

11、进一步的，所述从当前采样时段内的磁导率信号中分离出马氏体相变引起的准静态趋势分量，包括以下步骤：

12、获取当前采样时段内的磁导率信号、脉冲磁场的触发时刻和低温热振荡的极值点，将相邻触发时刻之间的时间间隔确定为脉冲周期，将相邻极值点之间的时间间隔确定为热振荡周期；

13、根据脉冲周期构建一个与该脉冲磁场同周期、同相位的的脉冲参考波形，将磁导率信号与脉冲参考波形上的脉冲参考信号逐点相乘并沿时间轴进行滑动平均，将滑动平均后的结果与脉冲参考信号相乘，从磁导率信号中减去该乘积结果，得到一次剥离信号；

14、根据热振荡周期构建一个与该低温热振荡同周期、同相位的热振荡参考波形，将热振荡参考波形上的热振荡参考信号与一次剥离信号逐点相乘并沿时间轴进行滑动平均，将滑动平均后的结果与热振荡参考信号相乘，从一次剥离信号中减去该乘积结果，生成二次剥离信号；

15、对二次剥离信号沿时间轴进行滑动平均，将滑动平均后的结果作为准静态趋势分量。

16、进一步的，所述第一预设阈值的确定逻辑如下：

17、在弹簧装入深冷箱之前，将同材质同工艺的标准试样进行相同的降温处理和深冷保温处理，同时，施加与正式处理相同的脉冲磁场和低温热振荡，在深冷保温处理过程中实时采集该标准试样的磁导率信号，从该磁导率信号中分离出由马氏体相变引起的准静态趋势分量，以识别相变活跃区间和相变平稳区间；

18、在各个相变活跃区间内分别按与正式处理相同的预设采样频率计算该准静态趋势分量的变化率绝对值，以生成活跃期变化率序列，在各个相变平稳区间内分别按相同预设采样频率计算该准静态趋势分量的变化率绝对值，以生成平稳期变化率序列；

19、计算活跃期变化率序列的平均值与平稳期变化率序列的平均值的差值，计算该差值与第一裕度系数的乘积，将该乘积结果与平稳期变化率序列的平均值的加和作为第一预设阈值，其中，第一裕度系数为一小于1的正数。

20、进一步的，所述识别相变活跃区间和相变平稳区间，包括以下步骤：

21、对标准试样的准静态趋势分量逐点计算相邻采样时刻下的变化率绝对值，将变化率绝对值按照时间顺序排列形成变化率时间序列，将变化率绝对值按照大小顺序排列形成变化率排序序列；

22、提取变化率排序序列的上四分位数和下四分位数，将变化率时间序列中各元素小于或等于下四分位数的连续采样时段确定为候选平稳时段，将各元素大于或等于上四分位数的连续采样时段确定为候选活跃时段，将其余采样时段确定为候选过渡时段；

23、将各候选过渡时段合并至相邻的候选平稳时段或候选活跃时段中，其中优先合并至持续时间较长的相邻时段，若两侧相邻时段持续时间相同，则合并至先出现的相邻时段；

24、将合并后的候选平稳时段确定为相变平稳区间，将合并后的候选活跃时段确定为相变活跃区间。

25、进一步的，所述第二预设阈值的确定逻辑为：

26、分别计算标准试样在各相变平稳区间内的准静态趋势分量的标准差，形成平稳期标准差序列，并计算该平稳期标准差序列的平均值，分别计算标准试样在各相变活跃区间内的准静态趋势分量的标准差，形成活跃期标准差序列，并计算该活跃期标准差序列的平均值；

27、计算活跃期标准差序列的平均值与平稳期标准差序列的平均值的差值，计算该差值与第二裕度系数的乘积，将该乘积结果与活跃期标准差序列的平均值的加和作为第二预设阈值，其中，第二裕度系数为一小于1的正数。

28、进一步的，根据当前采样时段内的准静态趋势分量确定刚度漂移量，包括以下步骤：

29、当温度达到深冷保温温度时，在未施加脉冲磁场和低温热振荡的条件下，获取弹簧的磁导率信号并将其作为弹簧的深冷基准磁导率；

30、获取当前采样时段末端最近一个热振荡周期内的准静态趋势分量，计算其平均值作为末端评估值，将末端评估值减去深冷基准磁导率得到绝对偏移量，将绝对偏移量与预标定的磁导率刚度转换系数的乘积作为当前采样时段终止时刻下的刚度漂移量。

31、进一步的，所述磁导率刚度转换系数的预标定逻辑为：

32、在对标准试样进行降温处理之前，测量标准试样的初始刚度；

33、将另一同材质同工艺的标准试样在不施加脉冲磁场和低温热振荡的条件下，仅施加与正式处理相同的降温处理和深冷保温处理后，回温至室温，测量该标准试样的刚度并将其作为深冷对照刚度；

34、在深冷保温处理中，当标准试样达到深冷保温温度且未施加脉冲磁场和低温热振荡时，获取该标准试样的磁导率信号，并将其作为该标准试样的深冷基准磁导率；

35、将标准试样进行与正式处理相同的降温处理和深冷保温处理，同时，施加与正式处理相同的脉冲磁场和低温热振荡，并在深冷保温处理过程中识别相变平稳区间，将最后一个相变平稳区间的末端时刻确定为深冷保温处理终止时刻；

36、将深冷保温处理终止时刻之后的标准试样回温至室温，测量其终止刚度，将终止刚度与深冷对照刚度之差作为刚度总偏移量，计算标准试样在深冷保温处理终止时刻下的准静态趋势分量与深冷基准磁导率的差值，以得到磁导率总偏移量，将刚度总偏移量与磁导率总偏移量的比值作为磁导率刚度转换系数。

37、进一步的，所述允许刚度漂移区间的预设逻辑为：

38、在深冷保温处理过程中实时采集标准试样的磁导率信号，从该磁导率信号中分离出准静态趋势分量，识别相变平稳区间，并提取最后一个相变平稳区间内的准静态趋势分量，将各点准静态趋势分量分别减去标准试样的深冷基准磁导率后，再与磁导率刚度转换系数逐点相乘，按照时间顺序排列形成平稳刚度漂移序列；

39、计算平稳绝对刚度漂移序列的均值和标准差，并计算标准差与第三裕度因子的乘积，将均值与该乘积的差值作为允许刚度漂移区间的下限，将均值与该乘积的加和作为允许刚度漂移区间的上限，其中，第三裕度因子为一不小于1的正数。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、通过实时采集深冷保温过程中弹簧的磁导率信号，并分离出马氏体相变引起的准静态趋势分量，利用变化率绝对值序列的平均值与标准差构成双重判据，精准识别相变从活跃期进入平稳期的状态转换，再通过将刚度漂移量作为最终的终止判据，实现了深冷保温时间的自适应闭环控制，既避免了固定工艺时间导致的处理不足或过度处理，又确保了超低温阀门用高应力弹簧在相变充分完成且刚度漂移达标后精准终止，显著提升了弹簧的稳定性。