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| 南京振動時效船廠大型工件的方法介紹 |
| 發(fā)布者：admin 發(fā)布時間：2019-4-18 閱讀：7073次 |
| 南京某船廠船體車間輸送輥道設(shè)備是大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件，是造船的咽喉設(shè)備。該設(shè)備的最大工件長度達(dá)20多米，單件重量達(dá)30多噸，工作時承受的載荷為80噸。制造加工該設(shè)備時，由于大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件內(nèi)部存在著焊接殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力在加工、裝配、運輸及使用過程中，使工件變形、斷裂、加速應(yīng)力腐蝕，損害設(shè)備的幾何精度，降低設(shè)備的使用壽命，甚至完全喪失使用價值。
因此，這些焊接殘余應(yīng)力必須想辦法降低或消除·傳統(tǒng)的方法是采用熱退火的方法去消除有害的殘余應(yīng)力，但這種方法有許多缺點：耗費大量能源，成本高、工時長、產(chǎn)生氧化皮、降低工件的剛度和耐疲勞性。特別是大型復(fù)雜工件，沒有那么大的爐子，無法退火·即便是有大爐子．由于工件形狀復(fù)雜，以及各處厚度不均》有些工件采用二種以上不同材質(zhì)做成，就會產(chǎn)生新的熱應(yīng)力，達(dá)不到預(yù)期的要求。所以對大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件的去應(yīng)力可采用國內(nèi)外先進(jìn)的應(yīng)力消除新方法一一振動去應(yīng)力法。
2振動去應(yīng)力法簡介
南京振動時效利用共振原理，以機(jī)械能量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱退火，消除金屬工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鑄件、焊接件和其他工件的尺寸，它具有節(jié)省能源、成本低廉、設(shè)備簡單、節(jié)省工時、用途廣泛等優(yōu)點。該法實質(zhì)是以振動的形式給工件施加一個動應(yīng)力，當(dāng)動應(yīng)力與工件本身的殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過材料的屈服極限時，工件就會發(fā)生微觀或是宏觀的、局部或是整體的塑性變形》從而減低并均化工件內(nèi)的殘余應(yīng)力，并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定·
3大型鋼結(jié)構(gòu)件振動去應(yīng)力方法
3，1振動去應(yīng)力過程分析
用一定的激振力對具有殘余應(yīng)力的工件進(jìn)行南京振動時效時，振動所消耗能量主要是用于工件彎曲時的周期振動，其次另一小部能量是用于克服工件的內(nèi)摩擦阻力。工件內(nèi)殘余應(yīng)力越大，則內(nèi)摩擦阻力就越大，反之，內(nèi)摩擦阻力越小。
試驗證明：南京振動時效只有在外界周期運動的頻率與工件固有頻率相一致時，也就是“共振”時，振動去應(yīng)力效果才最為理想。在共振條件下，可用最小的振動能量，使工件產(chǎn)生最大的振幅，得到最大的附加應(yīng)力（動應(yīng)力).此時所消耗的能量僅為非共振狀態(tài)下的2—5x103數(shù)量級分之一左右，從而使工件中的殘余應(yīng)力消除得較完全，也就使得工件的尺寸穩(wěn)定性較為理想·例如，南京振動時效機(jī)我們在試驗中發(fā)現(xiàn)》對于船廠三十幾噸重的大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件輥道，如果在共振峰以上6500轉(zhuǎn)/分（電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)）振動，其殘余應(yīng)力值僅下降1一3％，甚至根本沒有下降，在5000轉(zhuǎn)/分時，殘余應(yīng)力下降10一15‰在共振峰4150轉(zhuǎn)/分時．殘余應(yīng)力下降50％。如圖1所示·這說明振動去應(yīng)力法必須在共振下振動的道理。
3．2振動去應(yīng)力工藝參數(shù)的確定
3，2．1工件固有頻率的測定
工件的固有頻率通過理論計算是十分困難的，因為大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件不是簡單的均質(zhì)梁或是均質(zhì)厚板件，絕大部分工件都是由許多個尺寸各異的小工件組成的復(fù)雜工件。因此計算起來誤差大，難度大·所以通常是用試驗或用專用儀器來測得工件的固有頻率。
322振動方向和位置等參數(shù)的選擇
經(jīng)過大量試驗和實踐得出：（如表]所示）一一一雙方向（平面）振動或是三向（體積振動）比單向振動能夠較多地降低殘余應(yīng)力，在短時間內(nèi)顯示它的優(yōu)越性，對于復(fù)雜大型工件更是如此：一一多點振動：我們對船廠輥道一底架做了試驗，振動應(yīng)力為7kmm2，瀲振器在每個位置上是45分鐘·固有頻率是120H乙采用磁測法，對底架各點所測得的振前（原始應(yīng)力）與振后的殘余應(yīng)力值進(jìn)行了對比（趨向?qū)Ρ?,由此看出，在距檄振器近的地方，則應(yīng)力峰值下降了大約30一50‰而在距激振器遠(yuǎn)的地方，則殘余應(yīng)力降低20一30％，不夠明顯。所以，對于大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件，必須把激振器安放在多點處振動；
多個共振峰下振動：對于大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件，一般都有二個以上的共振峰·我們做過多次試驗，工件產(chǎn)生二個以上的共振峰，并不是工件的分頻振動。而是工件由幾個分部件組合而成，有些頻率是分部件的固有頻率。但這些共振峰中總有一個是整個工件的固有頻率。
試驗證明：在多點、多個共振峰下振動，比在單點或一個共振峰下振動，對殘余應(yīng)力值下降得更加充分。
表1振動方向?qū)堄鄳?yīng)力松弛的影響
沿振動方向的應(yīng)力下降百分?jǐn)?shù)（％）動時間
（分）
巧
30
55
垂直Y向水平X向橫向Z向在多點、多個三向(X,Y,Z)
30
45
]0
巧
25
5
]0
20
30
60
共振峰下振動
35
55
65
振動參數(shù)為：頻率120Hz，振幅IM
3．23動應(yīng)力的選擇
動應(yīng)力就是激振器附加給工件的動態(tài)應(yīng)力這種動應(yīng)力與工件內(nèi)部原始的殘余應(yīng)力(on)相加，二者的代數(shù)和大于或等于工件本身的屈服極限(os)時，就可造成工件的局部或是整體的塑性變形，這樣就可以松弛、均化和消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，提高金屬基體的抗變形能力．這也就是使工件尺寸穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
從實踐以及國外資料得到》對大型焊件：。。殘=舊0一0．35左右，殘余應(yīng)力一般都在20Kmm2左右，有的甚至更高（30K刨mm2以上所以，對于大型焊件的動應(yīng)力選在5一10Kinm2范圍內(nèi)，都可獲得最佳效果》而且不會產(chǎn)生工件的疲勞·如圖2所
3．3振動去應(yīng)力效果的判斷
對大型鋼結(jié)構(gòu)件采用振動時效設(shè)備法、選用合理的工藝參數(shù)進(jìn)行振動去應(yīng)力后，其振動去應(yīng)力效果可用如下方法判定：
3．3．1：殘余應(yīng)力的消除和均化程度：可采用磁測法、盲孔法、光彈性法，或者是X光法，把振動前后的工件內(nèi)部殘余應(yīng)力值測量出來，據(jù)此來判定產(chǎn)品經(jīng)振動去應(yīng)力后是否達(dá)到技術(shù)要求（焊件各處的殘余應(yīng)力安全使用值為10kgf/mm2).
3、3．2尺寸精度稔定化效果：可采用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀對設(shè)各基本段最高母線平面度和工件平行度進(jìn)行測量。如結(jié)論合格，說明產(chǎn)品經(jīng)振動時效儀去應(yīng)力處理后尺寸是穩(wěn)定的，其最終效果是好的。
4總結(jié)
振動去應(yīng)力是一項新技術(shù)．它取代傳統(tǒng)的退火工藝，在船廠大型鋼結(jié)構(gòu)中使用證明是一種行之有效的方法。
振動去應(yīng)力法能消除零部件的殘余應(yīng)力，使之滿足使用要求。
振動去應(yīng)力成本低，效率高，工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，無需較大的投入，具有良好的應(yīng)用前景。 |
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