振动时效工艺在大型焊接结构件上的应用

　　构件焊接时所产生的焊接残余应力会影响到构件的尺寸稳定性，使之产生变形。为了消除焊接残余应力， 传统的方法是做整体的或局部的热处理。在南昌市江南采矿机械厂生产的大、中型露天矿穿孔设备KY系列牙轮钻机等设备中，最重的金属结构件约17t，最长的金属结构件约25m。以KY-150牙轮钻机履带支架为例，采用传统的热时效的方法，每炉本件热时效需72h，振动时效6件只需8h，提高工效9倍(往返运输时间未计算在内);以牙轮钻机立架、平台为例，由于工件结构太长，无法做整体的热时效，而局部的热时效效果又不理想，而振动时效可以得到较好的效果，并节约了能源，降低了费用。

　　1 振动时效工艺方案的确定

　　振动时效是利用共振原理降低和均化金属构件的残余应力，从而使金属构件由不稳定状态转变为稳定状态，达到人工时效处理(如热时效)的目的[1]。

　　影响振动时效的工艺因素很多，如工件固有频率的测定、激振力大小及激振振幅的测定、激振频率的选择、 激振时间的确定、激振点的个数及激振位置等等。 在这诸多因素中有的起决定性作用，有的则影响不太大。通过工艺探讨和试验，我们认为以下几项工艺因素在任何情况下都是至关重要的。

　　1.1 选择合理的支承点

　　图1所示为某一工件在不同支承条件下测得的共振频率。可知，合理的支承应将被振工件放置在弹性支承上，支承点应选在波节处，以便用较小的振动能量获得较大振幅。支承波节的确定一般为振动时在工件上撒砂子，砂子聚拢处即是。

　　1.2 激振器的安装位置

　　一般选择在工件强度高、共振波波峰处。几何形状对称的金属构件，应选择在工件中心或重心位置。

　　1.3 激振强度的确定

　　式中：σ振为激振强度;σs为材料的屈服极限。

　　对于不同材质和不同工艺方法制造的工件，其激振强度差别较大[3]。一般金属焊接结构件其 σ振在下列范围内：σ振=±50～±80MPa， 激振力一般不少于35N/mm2。

　　1.4 振动时间的确定

　　目前可以根据国内外总结的振动时效处理时间(见表1)作为参考。实际选用时应根据被振金属构件形状、材质、重量等配合检查尺寸的稳定性，通过多次实验找出最佳时间。

　　2 振动时效工艺主参数选用实例

　　以KY-150牙轮钻机履带支架(见图2)振动时效试验为例，将测试结果填入正交试验表[4-5]中，并进行级差分析，如表2所示。

　　由表2可知：