振动时效工艺在大型工件上的应用

1、前言大型焊件内部存在的残余应力，极大地影响了工件的正常使用。我们对大型焊件采用振动时效工艺进行了尝试，成功地消除了焊件内部的残余应力。下面就我们研制成功的“纵梁”振动时效工艺做一简单的介绍。 2、工件简介如图1所示，该焊件为8.4m长的多筋板焊件，焊缝长10m,焊缝截面积为 170 mm2。 3、激振点、振动参数、振动支撑的选择 3.1、激振点的选择如图1所示，选取A和B两个激振点。 图1 3.2、振动参数的选择在A点上采用两组参数各振动一次，在B点上用一组参数振动一次，如表1所示。表1 各组振动参激振点位置 档位 电流/A 电压/V 频率Hz 加速度/m。s-2 振动时间/min A 4 2.9 87 52.2 38 10 B 4 2.1 105 74.2 120 15 C 4 2.1 105 74.2 120 10 3.3、振动支撑的选择采用软支撑，用四个硬橡胶垫按图1所示放置。 4、仪器选择振动时效装置ZJK-02B;扫频仪WP-86;打印机PP-40。 5、幅―频曲线 A、B点的幅―频曲线，如图2图3所示。 图2 A点幅-频曲线 图3 B点幅-频曲线 6、残余应力测试 6.1、测点布置根据工件实际构造，采用盲孔松驰法，对主要焊缝区进行测试，共布置20个点。一般情况下，焊件上高的残余应力在焊缝区。在焊缝区，我们将它们分三种情况进行测试。A:原点测试。B:振动后附近点测试。C:振动后对称点测试。见测点布置图4。 图4 6.2、测试结果测试结果见表2。 表2 测试数据测点 测位部位 释放应变Uε 残余应力N/mm2 备注 ε1 ε2 ε3 ε4 ε5 ε6 1 焊缝中心 -326 -112 120 302.6 95.6 保留点 2 焊缝中心 -310 -391 175 251 -22 / 3 焊缝中心 -30 -5 211 83.4 -229 / 4 焊缝中心 -315 -30 240 263.5 -76 保留点 5 焊缝中心 -220 5 161 160.6 -58.1 振后测点 6 焊缝中心 -139 84 205 41.8 -155.8 / 7 焊缝中心 -222 -65 200 141 -111.2 / 8 焊缝中心 -162 -38 195 73.8 -131.1 / 9 焊缝中心 -216 -55 70 209.2 44.8 保留点 10 焊缝中心 -96 41 43 89.5 6.1 振后测点 11 焊缝中心 -275 -115 126 245 14.8 保留点 12 焊缝中心 60 -95 97 -95 -17.75 / 13 焊缝中心 -321 102 245 229 -97 保留点 14 焊缝中心 -333 -24 275 225 -124 / 15 焊缝中心 -351 17 311 225 -155 保留点 16 缝近熔合线 -121 -86 -13 147.3 85.4 振后测点 17 母材近熔合线 -103 184 126 46.3 -85 振后测点 18 熔合线 -82 64 -105 224 112 / 19 缝近熔合线 -243 -174 -24 289 162 保留点 20 母材近熔合线 -60 -147 35 48.5 -61 / A:主要焊缝区的残余应力大部分为拉应力，在振前测的16个点中有10个点在200N/mm2以上。 B:如图4所示的四个区中，Ⅲ区的拉应力较低。 C:3、12两点为拉应力，估计为焊缝小缺陷。 D:母材应力低，如图4中的第20点。 6.3、振动时效前后残余应力对照（见表3） 表3 振动时效前后残余应力对照表测点 σx(N/mm2) σx(N/mm2) σx下降率% 振前 振后 振前 振后 1 302.6 209.1 46.6 -29 31 2 263.5 191.5 -75.9 -58.1 27 3 209.2 86 49.8 6.1 59 11 244.7 160 14.8 37.6 34 13 228.7 141.6 -96.7 -149 36 15 225.3 129.1 -155 -130 43 19 289.3 211 162.1 85.4 27 20 48.5 4.63 -6.1 -85.3 4.5 7、结论 1、有8个测试点（见表2）的残余应力下降率为30%～50%。 2、幅-频曲线中，频率降低、振幅升高、共振峰变窄，均标志着残余应力下降。 3、复杂构件选一个振点是不够的。 4、复杂构件上的振型也是复杂的。 5、大型工件采用时效工艺，对提高产品质量、降低成本不失为一种良策。以上工艺经大量实验数据证明，与理论推理吻合，并已应用于实际生产。