振動時效處理及殘余應力檢測

振動時效是利用其共振的原理，即在激振器的周期性外力的作用下，當所施加給構(gòu)件的動應力大于或等于材料的屈服極限時，構(gòu)件內(nèi)部因焊接等加工過程中產(chǎn)生的約束力即可得到有效的釋放。這時經(jīng)過振動處理以后所剩余的部分殘余應力就會重新的進行分布，此時再經(jīng)過一定時間的振動處理，這部分余下的殘余應力就會處于明顯均化狀態(tài)，從而可以有效的保證構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性。振動時效具有投資少、見效快、無環(huán)境污染，節(jié)約生產(chǎn)成本等諸多優(yōu)點。目前，已被我國的機械制造業(yè)廣泛的應用，并且收到一定的效果。

受大連華銳重工起重機有限公司的委托，在工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場對編號（2010）20225—2型冶金橋式起重機的小車架（材質(zhì)：Q235B）焊接后進行了振動時效處理，同時進行了振動時效處理前后的殘余應力測試，從而根據(jù)實際效果制定出符合生產(chǎn)實際的振動時效工藝規(guī)程。

一、        振動時效處理前的殘余應力檢測

為了準確得知振動時效對殘余應力降低的實際效果，需要對小車架振動處理前后的殘余應力分布狀態(tài)進行檢測，目前，國內(nèi)經(jīng)常采用的是盲孔法，該方法現(xiàn)場操作方便準確即在構(gòu)件的焊縫處粘貼應變片，從中測得焊縫處的應變數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得到該構(gòu)件的原始應力此次為了更加準確得到數(shù)據(jù)，我們按標準要求共計選擇10點進行檢測。

二、        振動時效處理

本次工藝試驗使用的振動時效設備是大連環(huán)宇振動時效科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的zs2008液晶顯示振動消除應力系統(tǒng)，該設備具有手動功能、全自動功能、預置功能、局部預置和時間調(diào)整及顯示振動過程中的動態(tài)參數(shù)曲線等功能，使用靈活、方便、參數(shù)直觀可見。

       1、      小車架的支撐

 因為小車架的幾何形狀類似一條長梁形構(gòu)件，根據(jù)振動時效工藝規(guī)定支撐在兩側(cè)沿長度的九分之二L（長度）處進行四點支撐.

2、      振動時效處理

1）     將小車架支撐好以后，根據(jù)其形狀，將激振器用卡具剛性的固定在小車架的上表面減速箱殼體的端部上，先用設備的手動功能進行試振，最后確定是4400 轉(zhuǎn)左右是該構(gòu)件的共振頻率。激振器的偏心檔位在3檔時所產(chǎn)生的振幅可以滿足小車架的振動處理要求。故將激振力選定為3檔，拾振器固定在與激振器平行的小車架另一端的直邊角上面。如圖所示

 2）  振動參數(shù)的確定

        得知小車架的固有頻率是在4400轉(zhuǎn)左右，該頻率的前后都為無效頻率段，以此選用設備的預置功能，設定掃頻起始為4100轉(zhuǎn)，掃頻終止為4500轉(zhuǎn)，啟動后進入自動程序，快速升速到4100轉(zhuǎn)時進入掃描狀態(tài)。當掃描至4500轉(zhuǎn)時自動確認小車架的亞共振點，進行自動處理，這樣可以有效的節(jié)省工作時間及提高工作效率。

3）  振動時間的確定

        從進入自動處理的振動數(shù)據(jù)可以看出，前十分鐘以前，小車架的振幅是逐漸下降的，說明經(jīng)過振動處理以后構(gòu)件內(nèi)阻尼在減少，所以振幅逐漸下降。而經(jīng)過振動十分鐘以后，振幅的變化基本處于穩(wěn)定狀態(tài)（曲線中振幅突然下降是由于小車架下表面中間未焊接造成的），說明構(gòu)件內(nèi)部分子的結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，為了保證小車架的振動效果，確定振動時間為25分鐘，這樣可以保證小車架的應力更加均化。

4）  振動曲線的評定

從振動曲線可以看出，振動時效后比振動時效前頻率降低了75轉(zhuǎn)/分，振幅升高了1.2G，這說明小車架經(jīng)過振動后的內(nèi)部特性發(fā)生了改變，這符合JB/T5926一2005標準中的6.1條a — T曲線上升后下降，最終變平，及a — n曲線振后共振峰發(fā)生了單項特征或組合特征的變化（出現(xiàn)振幅升高、頻率左移）的要求。(附：振動參數(shù)曲線圖及標準)

三、        振動時效前、后的殘余應力檢測

在進行振動時效處理之前，我們對小車架進行了殘余應力檢測,

測試數(shù)據(jù)如表中所示。振動時效處理之后同樣進行殘余應力測試如表中數(shù)據(jù)所示。應力消除情況如下：

材料物理參數(shù)：

   E：0.21GPa

   u:  0.30

測試工藝參數(shù)：

孔徑a:1.0mm             r1:2.0mm

r2:4.0mm

 測量數(shù)據(jù)：（振  前—振后）

1： -242   -118   121   -194    25     87

2： -257   -183   -70   -208   -151    -50

3： -277  -132    115   -143   -186    92

4： -363  -187    -129   -225  -137    -68

5： -706   -265   -120  -256   -115    -45

6： -575   -277    93   -279   -136    53

7： -518   -436    42   -282   -151    20

8： -636   -255    97   -253   -128    56

9： -685   -276    112  -285   -135    68

10： -625   -267    89   -247   -125    28

計算結(jié)果

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        б1（MPa）               б2(MPa)     θ    

測點 -----------------------------------  

     振前   振后   消除率%     振前   振后   消除率%

  1：142.70  116.50  -18.36       -33.24   -19.70  -40.74     

  2：193.23  154.99  -19.79       102.60   78.41  -23.57    

  3：168.28  80.02   -52.45       -21.72   -33.88  56.00 

  4：279.26  170.58  -38.92       165.84   94.49  -43.03  

  5：515.64  187.29  -63.68       231.62   85.02  -63.29

  6：379.91  182.69  -51.91       56.14    21.77  -61.22   

  7：351.02  191.70  -45.39       79.60    45.33  -43.06  

  8：421.45  163.99  -61.09       66.18    14.23  -78.50   

  9：452.34  183.70  -59.39       66.05    12.61  -80.90   

 10：415.49  165.71  -60.12       69.42    32.42  -53.30    

平均:331.93  159.72  -47.11       78.25    33.07  -43.16    

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四、結(jié)   論：

1、經(jīng)過振動處理后的機體殘余應力降低了47.11 %，并且振后的各點應力處于明顯的均化狀態(tài)，這完全符合JB/T5926一2005標準中要求。

2、振動時效處理的應力消除率高于標準中規(guī)定的大于30%的要求。

3、以上振動時效工藝參數(shù)選擇合理有效，可以用于生產(chǎn)。