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振动时效工艺在大型焊接结构件上的应用

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  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:

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标签: 振动
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