摘 要: 本文論述了某微型壓力表包端管的時(shí)效方法對微型壓力表性能帶來的影響，通過對同批次螺旋包端管進(jìn)行人工時(shí)效+自然時(shí)效（時(shí)間1）、自然時(shí)效（時(shí)間2）、自然時(shí)效（時(shí)間3）進(jìn)行對比試驗(yàn)驗(yàn)證，得出人工時(shí)效替代自然時(shí)效的結(jié)論。

1 概述
包端管是壓力表的核心敏感元件，其穩(wěn)定性決定了壓力表的性能指標(biāo)。在生產(chǎn)過程中由于壓扁、繞制及熱處理等工藝過程，都會使成型的包端管產(chǎn)生應(yīng)力，通常是采取交變壓力、溫度沖擊等工藝方式釋放多余應(yīng)力。

包端管為管材繞制成的螺旋狀，金屬材料在外力作用下產(chǎn)生形變時(shí)，變形體內(nèi)的各種物理過程，如間隙原子擴(kuò)散、位錯(cuò)逸出等均能導(dǎo)致內(nèi)耗的產(chǎn)生，引起彈性后效。彈性后效是指材料在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)變不僅是應(yīng)力的函數(shù)，而且也是時(shí)間的函數(shù)這一現(xiàn)象。即雖然應(yīng)力并未超出彈性極限的范圍，材料不僅會有應(yīng)變產(chǎn)生，而且這個(gè)應(yīng)變還將隨著時(shí)間的延續(xù)而增大，但其形變速度逐漸放慢，最后達(dá)到平衡的應(yīng)變值。當(dāng)載荷去除后，也同樣有應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象，如圖1、圖2所示。

在t1時(shí)間材料加載，材料將立即產(chǎn)生應(yīng)變ε1，隨著加載時(shí)間的增長，應(yīng)變將逐漸增大至平衡值ε2， (ε2~ε1）這部分應(yīng)變是在應(yīng)力與時(shí)間同時(shí)作用下產(chǎn)生的。一般將這一過程稱為正彈性后效形變；反之，在時(shí)間t2卸載后，材料立即恢復(fù)一部分應(yīng)變，而剩余的那部分應(yīng)變則要一定的時(shí)間（可能很長）才能得到恢復(fù)，恢復(fù)速度也是隨著時(shí)間的延續(xù)而逐漸放慢，這個(gè)過程一般稱為反彈性后效形變。應(yīng)變落后于應(yīng)力的這種性質(zhì)，現(xiàn)金屬學(xué)上稱為滯彈性，滯彈性在加載和卸載過程中的表現(xiàn)，就是彈性后效現(xiàn)象。在制造過程中，彈性后效越小越好，以便使儀表的滯后和零點(diǎn)漂移盡可能小，從而提高儀表的靈敏度，減小測量誤差。

由此可見，包端管必然存在一定的應(yīng)力，為此在生產(chǎn)過程中需進(jìn)行穩(wěn)定處理，我公司企標(biāo)要求對螺旋包端管進(jìn)行時(shí)效， 目的是消除螺旋包端管在加工過程所產(chǎn)生的應(yīng)力，提高硬度，穩(wěn)定螺旋包端管的彈性。

查詢論文《3J53彈簧管制造工藝對彈性性能的影響》及《Y-60型壓力表銅彈簧管制造工藝》，均提到熱沖擊時(shí)效處理方法，即將包端管放入一定溫度的箱式爐中保溫一定時(shí)間后隨爐冷或空氣冷。論文《振動時(shí)效技術(shù)研究進(jìn)展》中提到為降低和調(diào)整殘余應(yīng)力，通常采用時(shí)效技術(shù)，可分為自然時(shí)效、熱時(shí)效及振動時(shí)效，振動時(shí)效與傳統(tǒng)技術(shù)相比，其振動時(shí)間短，成本低，殘余應(yīng)力降低效果好，振動時(shí)效已研究開發(fā)了多種基于不同原理和特殊應(yīng)用的振動時(shí)效工藝。

由此可見，人工時(shí)效方式廣泛應(yīng)用于包端管生產(chǎn)制造過程中，時(shí)效方式可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行制定。

2 時(shí)效試驗(yàn)方案及設(shè)備
某微型壓力表表是2000年從D型開始進(jìn)行生產(chǎn)，屬于某型導(dǎo)彈發(fā)射裝置配套產(chǎn)品，用于氮?dú)馄繅毫χ甘?。包端管材料?J1，規(guī)格為Φ內(nèi)0.75×0.14，圈數(shù)為12.5±0.5，短軸尺寸為（0.4~0.5）mm，曲率直徑為3.7mm，長度為（19±0.5）mm。

 抽取20件包端管并制成組件，將組件分成2組（第一組為試驗(yàn)1及2，第二組為試驗(yàn)3及4）分別進(jìn)行人工時(shí)效及自然時(shí)效試驗(yàn)驗(yàn)證，第一組為先進(jìn)行人工時(shí)效，然后進(jìn)行自然時(shí)效30天及60天，通過對比人工時(shí)效后與自然時(shí)效后測量角度的變化量評判對組件性能的影響，如果變化量在角度誤差范圍內(nèi)，我們認(rèn)為人工時(shí)效與自然時(shí)效對組件性能影響在可控范圍內(nèi)一致，人工時(shí)效效果與自然時(shí)效效果一致，可以采用人工時(shí)效替代自然時(shí)效的方式對組件進(jìn)行處理。第二組為自然時(shí)效74天和123天后測量角度，通過分析兩者角度變化值評判對組件性能的影響，如果變化量在角度誤差范圍內(nèi)，我們認(rèn)為自然時(shí)效74天對組件性能影響與自然時(shí)效123天效果一致，可以根據(jù)情況縮短自然時(shí)效的時(shí)間。

包端管組件由殼體、包端管及指針組成（圖4）。

2.1 時(shí)效試驗(yàn)方案
抽取20件包端管并制成組件，將組件分成2組，第一組為試驗(yàn)1及試驗(yàn)2，第二組為試驗(yàn)3及試驗(yàn)4，試驗(yàn)項(xiàng)目如下：
（1）試驗(yàn)1：編號為1#～10#，按“初始角度α1”— “人工時(shí)效”—“時(shí)效后角度Δα1”；
（2）試驗(yàn)2：編號為1#～10#，試驗(yàn)1后按“自然時(shí)效（30天）”—“時(shí)效后角度Δα2”—“自然時(shí)效（60天，包含上次30天）”—“時(shí)效后角度Δα2′”；
（3）試驗(yàn)3：編號為11#～20#，按“初始角度α3”— “自然時(shí)效（74天）”—“時(shí)效后角度Δα3”；
（4）試驗(yàn)4：編號為11#～20#，試驗(yàn)3后按“自然時(shí)效（123天，包含74天）”—“時(shí)效后角度Δα4”。
根據(jù)要求穩(wěn)定處理方式，人工時(shí)效采取熱沖擊時(shí)效、振動時(shí)效及靜態(tài)過載沖擊時(shí)效，項(xiàng)目詳見表1，流程圖如圖5所示。

2.2  時(shí)效試驗(yàn)方案設(shè)備
試驗(yàn)用儀器及設(shè)備見表2。

3  試驗(yàn)情況
3. 1角度測量方法及誤差說明

角度測量方法是通過JVL250視頻測量儀進(jìn)行，在指針上人工的選取1條起始直線，依次加壓至0PSI/225 PSI/2200PSI/2800PSI/3500PSI/5000PSI后分別選取5條終點(diǎn)直線，起始直線與終點(diǎn)直線之間的角度即是對應(yīng)壓力角度值，測量示意如圖6所示。

因本次試驗(yàn)只針對于組件，沒有安裝刻度盤，所以測量壓力0PSI/225 PSI/2200PSI/2800PSI/3500PSI/5000PSI對應(yīng)的角度無法判讀誤差，某微型壓力表誤差要求見下表3，為此需計(jì)算角度誤差與微型表誤差之間的關(guān)系。

按照螺旋包端管設(shè)計(jì)要求其角度為75~90°，令其設(shè)為α，測量壓力設(shè)為P，根據(jù)包端管工作原理可知其特性類似線性，即測量壓力P與轉(zhuǎn)動角度α之間存在線性關(guān)系，

可用如下公式表示：

（1.1）式中α-角度，單位°；
P-測量壓力，單位PSI；
β-角度系數(shù)，即1PSI對應(yīng)的角度，單位PSI/°。
舉例說明，測量壓力為5000PSI時(shí)角度為90°，可得β=55.6PSI/°，由表5可知5000PSI誤差為±200 PSI，因測量壓力P與轉(zhuǎn)動角度α之間存在類似線性關(guān)系，那么角度誤差為±200 PSI/55.6=±3.6°,那么0PSI/225 PSI/2200PSI/2800PSI/3500PSI對應(yīng)的角度誤差可通過對應(yīng)誤差計(jì)算得出，計(jì)算值如下表4所示。

3.2組件性能驗(yàn)證情況
3.2.1第一組試驗(yàn)
試驗(yàn)1：組件編號為1#～10#，按“初始角度α1”—“人工時(shí)效”—“時(shí)效后角度Δα1”，組件焊接后進(jìn)行初始角度α1的測量，然后按照表4中方式進(jìn)行人工時(shí)效，人工時(shí)效后進(jìn)行時(shí)效后角度Δα1的測量。

試驗(yàn)2：編號為1#～10#，試驗(yàn)1后按“自然時(shí)效（30天）”—“時(shí)效后角度Δα2”—“自然時(shí)效（60天，包含上次30天）” —“時(shí)效后角度Δα2′”，試驗(yàn)1后進(jìn)行自然時(shí)效（74天），進(jìn)行時(shí)效后角度Δα2及Δα2′的測量，測量角度值見表5.1，根據(jù)表4可計(jì)算角度誤差值見表5.2。

第一組為先進(jìn)行人工時(shí)效，然后進(jìn)行自然時(shí)效30天及60天，通過對比人工時(shí)效后與自然時(shí)效后測量角度的變化量評判對組件性能的影響，如果變化量在角度誤差范圍內(nèi)，我們認(rèn)為人工時(shí)效與自然時(shí)效對組件性能影響在可控范圍內(nèi)一致，人工時(shí)效效果與自然時(shí)效效果一致，可以采用人工時(shí)效替代自然時(shí)效的方式對組件進(jìn)行處理。對比數(shù)據(jù)詳見表6。

3.2.2第二組試驗(yàn)
試驗(yàn)3：編號為11#～20#，按“初始角度α3”—“自然時(shí)效（74天）”—“時(shí)效后角度Δα3”，組件焊接后進(jìn)行初始角度α3的測量，然后按照表4中方式進(jìn)行自然時(shí)效（74天），自然時(shí)效后進(jìn)行時(shí)效后角度Δα3的測量。
試驗(yàn)4： 編號為11#～20#， 試驗(yàn)3后按“自然時(shí)效（123天）”—“時(shí)效后角度Δα4”，試驗(yàn)3后進(jìn)行自然時(shí)效（123天），進(jìn)行時(shí)效后角度Δα4的測量，測量角度值見表7.1，根據(jù)表4可計(jì)算角度誤差值見表7.2。

第二組為自然時(shí)效74天和123天后測量角度，通過分析兩者角度變化值評判對組件性能的影響，如果變化量在角度誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為自然時(shí)效74天對組件性能影響與自然時(shí)效123天效果一致。對比數(shù)據(jù)詳見表8。
3.2.3組件性能驗(yàn)證結(jié)果
（1）由表6可知：人工時(shí)效后與自然時(shí)效30天（已做過人工時(shí)效）、自然時(shí)效60天后測量角度的變化量均合格，可以認(rèn)為人工時(shí)效與自然時(shí)效對組件性能影響在可控范圍內(nèi)，人工時(shí)效效果與自然時(shí)效效果一致，可以采用人工時(shí)效替代自然時(shí)效的方式對組件進(jìn)行處理。
（2）由表8可知：自然時(shí)效74天與自然時(shí)效123天后角度變化值在角度誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為自然時(shí)效74天對組件性能影響與自然時(shí)效123天效果一致。
4 結(jié)語
通過組件驗(yàn)證，第一組試驗(yàn)表明：人工時(shí)效后與自然時(shí)效30天（已做過人工時(shí)效）、自然時(shí)效60天后對組件性能影響效果一致，可以采用人工時(shí)效替代自然時(shí)效的方式對組件進(jìn)行處理。第二組試驗(yàn)表明：自然時(shí)效74天與自然時(shí)效123天后組件性能影響效果一致。