作者：admin 發(fā)布時間：2020-12-03 14:00 瀏覽次數(shù) :
振動時效技術又稱“振動消除應力法”，國外簡稱“VSR”技術。它的實施過程是通過振動時效裝置的控制系統(tǒng)控制激振器的轉(zhuǎn)數(shù)和偏心作用在工件上產(chǎn)生離心力，使工件發(fā)生共振（諧振），讓工件需時效部位產(chǎn)生一定幅度、一定周期的交變運動，并吸收能量，經(jīng)過一定時間的振動引起工件微小塑性變形及晶粒內(nèi)部位錯逐漸滑移，并重新纏繞釘扎使得余應力被消除和均化，防止工件變形和開裂，從而達到提高工件尺寸精度穩(wěn)定性，增強工件的抗變形能力和提高疲勞壽命。
回轉(zhuǎn)臂、底座是連鑄機上的主要部件，由厚鋼板焊接而成，具有較大的焊接應力，必將造成應力腐蝕破壞，結構設計中提出對其進行時效處理。根據(jù)現(xiàn)場條件選用振動處理方法，確定如下具體實施方案：
1．對回轉(zhuǎn)臂、底座進行現(xiàn)場振動時效處理；
2．分別做振前、振后的焊接殘余應力檢測，測試方法采用“盲孔法”按國家行業(yè)標準JB/T10375-2002評定效果。
3．給出檢測報告。
在貴廠技術人員積極配合下，此項工作已全部完成，特此提出如下報告：
一、振動時效處理對金屬構件的作用
振動時效又稱振動消除應力，是對具有殘余應力的金屬構件做振動處理，使構件在共振頻率下振動。當構件產(chǎn)生共振時，構件將按一定的振型產(chǎn)生彈性變形，當這個彈性變形與構件原有受約束的彈性應變相疊加時，高應力區(qū)進入了材料的屈服極限，使這些受約束的彈性應變（即產(chǎn)生殘余應力的應變）轉(zhuǎn)化成塑性應變，使約束得到緩解而釋放應力。因此可以說振動時效是通過共振使構件受約束的應變得到釋放，而降低和均化應力的。
振動時效既然可以降低和均化應力，則必然可以消除或降低殘余應力對構件的影響。通過大量的實驗和工程實際應用已充分證明它的如下技術作用：
1．降低和均化應力，消除應力集中，防止或延緩裂紋的發(fā)生；
2．防止或減少構件的變形；
3．防止或減少應力腐蝕；
4．可以提高焊縫的抗疲勞特性，提高使用壽命。
由于振動時效具有上述的作用，且具有操作簡便、節(jié)能、實用性強等特點，因此得到廣大企業(yè)的歡迎。目前全國在造船、冶金、機械制造、礦山機械、航空、鐵路、機床制造等行業(yè)已廣泛應用，同時也受到國家的重視和認可。2005年制定了國家行業(yè)標準JB/T5926-2005，并在2006年被國家經(jīng)貿(mào)委批準為“科技成果重點推廣計劃”項目，在全國普遍推廣。
二、回轉(zhuǎn)臂振動時效處理
1．振動時效處理
a．主振：根據(jù)工件的結構特點采用對角十字四點支撐，激振點在A處，拾振點在B處，具體位置見圖2。預置掃頻范圍6200RPM/min全自動處理。時效時間33分鐘，偏心檔位10檔，振動特性曲線見圖1。
b．振動：原支撐不變，激振點、拾振點旋轉(zhuǎn)90°采用手動處理，激振頻率5863RPM/min，時效時間30分鐘，偏心檔位不變。
2．殘余應力檢測：為了驗證振動時效效果，對構件做振前、振后焊接殘余應力測試。測試方法選用盲孔松弛法，測點選擇14點，
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機額定電流：10A；
電機額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級：E級；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對濕度：不大于80%（25℃）；
108噸礦用自卸汽車的定點廠，經(jīng)使用證明，該車性能良好、結構合理。但是，由于作業(yè)環(huán)境比較惡劣，運行中的汽車車架多次出現(xiàn)斷裂裂紋，裂紋部位多發(fā)生在中橫梁管環(huán)縫焊接處及舉升軸側(cè)加強板上。
分析認為除材料本身特性及結構應力等原因外，主要是焊接應力造成的（全車四個大的環(huán)縫焊區(qū)包含五十二個小的焊接環(huán)縫）。經(jīng)動應力測試證明，該車架大部分焊縫區(qū)的焊接應力在0.5~0.7σS，個別點接近σS量級。
為消除或降低108噸汽車車架焊接殘余應力，防止斷裂裂紋發(fā)生，原計劃建造大型燜火窯，進行熱時效處理，但因費用昂貴，未能實施。2005年四月份，廠方與上海樂展電器有限公司一起，經(jīng)過多次試驗研究，用振動時效處理代替熱時效消除或降低108噸汽車車架焊接殘余應力，效果十分理想。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機額定電流：10A；
電機額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級：E級；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對濕度：不大于80%（25℃）；
在水工金屬結構、水力機械行業(yè)，廣泛存在特大型構件、多種材質(zhì)組合件、現(xiàn)場焊接構件等特殊水工構件，由于不具備特大型退火爐，而且處理時間長、運輸困難，無法采用熱時效進行消除應力處理。如浙江省水利水電勘測設計院（簡稱我院）設計的浙江省白水坑水電站壓力鋼管出口處的鋼岔管，為卜型岔管，主要直徑3.85m，兩只管直徑各為2.27m，岔道全長10.78m，寬7.35m，材質(zhì)為16Mn，重量36000Kg，承壓靜水頭115m。該工件結構復雜，由多片不規(guī)則鋼板及較厚的月牙肋組焊而成，存在著較大的焊接殘余應力，尤其是在月牙肋與主管和支管間的焊縫附近。由于該岔管屬于大型焊接構件，因此迫切需要尋求一種可靠、的消除殘余應力工藝方法。
2 振動時效工藝
振動時效工藝（Vibratory Stress Relief）簡稱VSR技術，自20世紀70年代末從國外引進，經(jīng)過國內(nèi)的系統(tǒng)研究和消化吸收后，近年來不僅已在航天航空、石化、機床、機車車輛、冶金、造船、礦石機械、水工機械、等行業(yè)推廣使用，而且還制定了相應的行業(yè)指導技術文件和推薦標準——HB/Z229—93《振動時效主要參數(shù)及技術要求》，以及JB/T5926—91《振動時效工藝參數(shù)選擇及技術要求》。這些足以說明振動時效技術、已成熟，并已有據(jù)可依。
振動時效是基于諧波共振原理，將激振器產(chǎn)生的周期性振動力通過共振因子放大，從而使被處理的構建獲得相應的能量，此能量相當于熱時效的熱能，驅(qū)使工件內(nèi)原子產(chǎn)生更大的振動，材料發(fā)生局部屈服，使晶體內(nèi)部錯位和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微觀塑性變形，致使殘余應力在量值上減少和整體應力在較低水平上的重新分布；在宏觀上，通過外加的交變應力與工件內(nèi)殘余應力疊加使工件在較大殘余應力區(qū)產(chǎn)生局部屈服，從而引起應力松弛和殘余應力在量值上的減低。它不會改變材料的機械性能，也不會引起任何材料金相組織的變化。
壓力鋼管在制作過程中會產(chǎn)生較大的殘余應力，尤其是岔管，由于結構復雜，焊接后其內(nèi)部殘余應力較大，為保障鋼岔管運行的可靠性，必須對焊接后的岔管進行消除殘余應力處理。降低殘余應力的方法在DL5017—93《壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》有明確規(guī)定。由于熱處理的工藝設備投資大，處理時間長，且大口徑岔管整體熱處理后運輸難度大，而振動時效技術作為一種節(jié)能技術，在相關行業(yè)已成熟應用，其設備便攜，操作方便，對要求不改變構件材料金相組織的壓力鋼管來說，是一種地處理其殘余應力的方案。
3 白水坑水電站鋼岔管的振動時效處理
白水坑水電站裝機容量2*20MW，為引水式水電站，設計靜水頭115m，一管二機布置，壓力鋼管出口處的鋼岔管為卜形岔管，由厚度20.22.25mm的鋼板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均為16Mn。該岔管的進口端中徑3850mm，出口端中徑各為2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水電建設有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使會產(chǎn)生大量的殘余應力，我院設計要求岔管應經(jīng)過退火消除殘余應力處理，而就近的退火爐根本無法滿足該岔管的退火工藝要求，且工程建設施工周期十分緊迫。經(jīng)過多次消除殘余應力方案研究及論證，并委托水利部產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所對岔管固有頻率進行估算，認為采用振動時效技術降低及均化岔管殘余應力是可行的。鑒于全國振動時效技術的推廣中心華東分中心長期使用振動時效技術的經(jīng)驗，為此經(jīng)業(yè)主、設計、監(jiān)理等有關各方協(xié)商，本次白水坑水電站鋼岔管的振動時效處理委托該中心進行。
2002年10月23~25日，水利部全國振動時效技術推廣中心華東分中心攜設備赴白水坑水電站施工現(xiàn)場對上述鋼岔管進行振動時效消除應力處理。業(yè)主、設計、制作、監(jiān)理、等有關各方常見本次實施過程。
3.1 岔管振動時效處理工藝方案
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機額定電流：10A；
電機額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級：E級；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對濕度：不大于80%（25℃）；
振動時效的作用
（1）降低構件殘余應力
108噸汽車車架組合焊接后產(chǎn)生較大的殘余應力。按照上海樂展電器有限公司制定的工藝參數(shù)，對108噸汽車車架振動時效后，殘余應力下降17.92~88.83%，總應力水平下降為47.62%（見表14）。其中易發(fā)生裂紋部位一中橫梁與縱梁聯(lián)結處（見圖14）殘余應力下降88.83%。
（2）防止或減少斷裂裂紋，從動應力測試結果表明，應力集中部位正是車架多次發(fā)生斷裂裂紋處，由此可見應力集中是車架裂紋的主要原因。用振動處理技術消除殘余應力盡管是低應力下進行的，確能使殘余應力大幅度下降。因此，在外界條件下（動載荷或溫度變化等）而不產(chǎn)生微觀斷裂裂紋。總之，振動處理技術適用于各種焊接構件，其作用是，降低構件殘余應力，提高構件疲勞壽命。
臺振動時效后的108噸汽車車架，在霍林河礦區(qū)運行一年多，至今未發(fā)現(xiàn)任何裂紋跡象，僅按此時間計算，振動后車架的開裂壽命是未時效車架平均開裂壽命的二倍以上。
振動時效裝置的選擇
振動時效是用振動方法降低和均化焊接構件殘余應力。選擇振動時效裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動上升或自動下降，可點升頻率或點降頻率。振動頻率可調(diào)到任何一個轉(zhuǎn)速。我們選用的微機控制的振動時效裝置，可自動描繪被振工件的頻率-幅值特性曲線，能寫出共振峰的轉(zhuǎn)速和加速度幅值對應坐標值。能繪制振動前后曲線。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機額定電流：10A；
電機額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級：E級；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對濕度：不大于80%（25℃）；
主要技術參數(shù)
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機額定功率：2200W；
適宜處理工件重量：≤100噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機額定電流：80A；
電機額定電壓：2000V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級：E級；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對濕度：不大于80%（25℃）
