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振動(dòng)消除焊接應(yīng)力頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效儀

作者：admin 發(fā)布時(shí)間：2021-01-04 17:04 瀏覽次數(shù) :

金屬構(gòu)件在機(jī)械加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致尺寸精度和穩(wěn)定性降低的余應(yīng)力，目前普遍采用熱時(shí)效和傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效（即亞共振時(shí)效）消除余應(yīng)力。每噸工件熱時(shí)效費(fèi)用至少500元，消耗180千克標(biāo)準(zhǔn)煤，排放410千克二氧化碳和13千克二氧化硫。這樣一個(gè)成本高、能耗大、污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)工藝竟然沿用至今。而傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效噪音大、振型單一、效果欠佳、處理范圍受限、操作繁瑣、操作者需有豐富的工藝經(jīng)驗(yàn)，特別對(duì)于高剛性、高固有頻率的工件更是傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效的禁區(qū)。
殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件變形的影響
殘余應(yīng)力是一個(gè)不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)構(gòu)件受到外力作用時(shí)，作用應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互作用，使某些局部呈現(xiàn)塑性變形，截面內(nèi)應(yīng)力重新分析，當(dāng)外力作用去除時(shí)整個(gè)構(gòu)件將要發(fā)生變形。所以殘余應(yīng)力明顯的影響著加工后的構(gòu)件的精度。這也是機(jī)械和工程部門(mén)關(guān)心的問(wèn)題之一。
實(shí)踐已證明，具有表面拉伸殘余應(yīng)力的構(gòu)件其尺寸穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如具有表面壓縮殘余應(yīng)力的構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性好。
殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件變形的影響包括兩個(gè)方面，一方面是構(gòu)件抗靜、動(dòng)荷載的變形能力，另一方面是荷載卸除后變形的恢復(fù)能力。殘余應(yīng)力在這兩個(gè)方面對(duì)構(gòu)建的影響是很大的，因此人們一直在研究消除這些影響的有效方法。
§2.33殘余應(yīng)力對(duì)金屬脆性破壞的影響
脆性破壞是構(gòu)建在幾乎不存在塑性變形情況下的突然開(kāi)裂。它在溫度突然下降或變形速度突然上升的情況下易發(fā)生。這是塑性變形處于壓抑狀態(tài)，如在突然受到較大的作用應(yīng)力等原因，就易于發(fā)生存型斷裂破壞。殘余應(yīng)力是作為初始應(yīng)力存在于構(gòu)件內(nèi)，特別是拉伸殘余應(yīng)力與作用拉應(yīng)力疊加而加速了脆性破壞。
有關(guān)文獻(xiàn)中做了殘余應(yīng)力對(duì)脆性破壞的影響實(shí)驗(yàn)，吧76×91cm、厚2cm的軟鋼板對(duì)焊起來(lái)。在焊縫處沿結(jié)合方向的殘余應(yīng)力是接近焊接金屬屈服極限的拉應(yīng)力。
將焊好的試件的一部分作退貨處理以消除焊接應(yīng)力，再與未經(jīng)退火處理的試件一起放在-13℃下冷卻，發(fā)現(xiàn)經(jīng)退火處理的時(shí)間未出現(xiàn)裂紋，而沒(méi)退火的試件即使在無(wú)外力作用下也出現(xiàn)了脆性裂紋。分析其原因是在溫度的快速下降時(shí)，材料塑性下降所引起的脆性破壞。
有關(guān)文獻(xiàn)中也給出類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論：殘余應(yīng)力與開(kāi)裂有直接關(guān)系，且產(chǎn)生的裂紋全都是存在于拉伸殘余應(yīng)力范圍內(nèi)?？梢?jiàn)殘余應(yīng)力不僅直接影響到裂紋的擴(kuò)展，而且降低了材料脆性破壞的作用應(yīng)力的臨界應(yīng)力極限，加速了脆性破壞。
殘余應(yīng)力產(chǎn)生的脆性破壞在焊接件中是極易發(fā)生的。某重型汽車(chē)廠生產(chǎn)的車(chē)價(jià)由于焊接裂紋而大批報(bào)廢。某造船廠鑄造的十幾噸重的大型鏈輪箱，因開(kāi)箱溫度過(guò)高而室溫較低，殼體交角處從上至下出現(xiàn)斷裂裂紋，裂紋速度發(fā)展很快。這些都說(shuō)明在無(wú)外力作用下而產(chǎn)生的脆性破壞是由殘余應(yīng)力拉應(yīng)力造成的結(jié)果。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都在大量研究殘余應(yīng)力對(duì)裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展的影響。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件施加定量的殘余應(yīng)力是比較困難的，因此該項(xiàng)研究受到較大的限制而進(jìn)展不快。
天津振動(dòng)消除焊接應(yīng)力

近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外使用振動(dòng)處理方法消除金屬構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力，以代替熱時(shí)效。這種新技術(shù)在國(guó)外被稱(chēng)做“Vibratory Stress Relief Method”（簡(jiǎn)稱(chēng)VSR）。由于這種方法可以降低或均化構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力，因此可以提高構(gòu)件的使用強(qiáng)度，可以減少變形。
圖1.1振動(dòng)處理構(gòu)件設(shè)備布置圖
穩(wěn)定精度，可以防止或減少由于熱時(shí)效和焊接產(chǎn)生的微觀裂紋的發(fā)生。特別是在節(jié)省能源、縮短周期上具有明顯的效果，因此被許多國(guó)家大量使用。我們?cè)谠擁?xiàng)技術(shù)的機(jī)理和應(yīng)用研究上，近些年來(lái)都取得了較大的進(jìn)展。
§1—1 振動(dòng)時(shí)效的特點(diǎn)及其發(fā)展概況
一、振動(dòng)時(shí)效工藝的簡(jiǎn)單程序
振動(dòng)處理技術(shù)又稱(chēng)做振動(dòng)消除應(yīng)力，在我國(guó)又稱(chēng)做振動(dòng)時(shí)效。它是將一個(gè)具有偏心重塊的電機(jī)系統(tǒng)（稱(chēng)做激振器）安放在構(gòu)件上，并將構(gòu)件用橡皮墊等彈性物體支承，如圖2.1所示。通過(guò)控制器起動(dòng)電機(jī)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，使構(gòu)件處于共振狀態(tài)。約經(jīng)20~30分鐘的振動(dòng)處理即可達(dá)到調(diào)整殘余應(yīng)力的目的。
可見(jiàn)，用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是十分簡(jiǎn)單和可行的。
二、振動(dòng)時(shí)效工藝特點(diǎn)
振動(dòng)時(shí)效之所以能夠部分地取代熱時(shí)效，是由于該項(xiàng)技術(shù)具有一些明顯的特點(diǎn)。
1．機(jī)械性能顯著提高
經(jīng)過(guò)振動(dòng)處理的構(gòu)件其殘余應(yīng)力可以被消除30%~80%左右，高拉應(yīng)力區(qū)消除的比低應(yīng)力區(qū)大。因此可以提高使用強(qiáng)度和疲勞壽命，降低應(yīng)力腐蝕。
可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過(guò)程造成的微觀裂紋的發(fā)生。
可以提高構(gòu)件抗變形的能力，穩(wěn)定構(gòu)件的精度，提高機(jī)械質(zhì)量。
2．適用性強(qiáng)
由于設(shè)備簡(jiǎn)單易于搬動(dòng)，因此可以在任何場(chǎng)地上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。它不受構(gòu)件大小和材料的限制，從幾十公斤到幾百?lài)嵉臉?gòu)件都可使用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)。特別是對(duì)一些大型構(gòu)件無(wú)法使用熱時(shí)效處理時(shí)，振動(dòng)時(shí)效就具有更加突出的優(yōu)越性。
3．節(jié)省時(shí)間、能源和費(fèi)用
振動(dòng)時(shí)效只需30分鐘即可進(jìn)行下道工序。而熱時(shí)效至少需一至二天以上，且需大量的煤油、電等能源。因此，相對(duì)于熱時(shí)效來(lái)說(shuō)，振動(dòng)時(shí)效可節(jié)省能源90%以上，可節(jié)省費(fèi)用90%以上，特別是可以節(jié)省建造大型燜火窯的巨大投資。
天津振動(dòng)消除焊接應(yīng)力

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