某廠是礦用防爆電器開(kāi)關(guān)的生產(chǎn)商，在電器開(kāi)關(guān)焊接結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中需對(duì)礦用防爆開(kāi)關(guān)的殼體、前門等焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行消除應(yīng)力處理，以穩(wěn)定工件尺寸，保證隔爆結(jié)合面隔爆間隙，使其符合礦用防爆規(guī)程的要求。通常采用傳統(tǒng)的熱處理退火工藝，在熱時(shí)效的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)熱時(shí)效雖能消除工件內(nèi)部的一部分殘余應(yīng)力，但由于退火爐溫度難于控制且溫度分布不均勻，加上工件在退火爐擺放位置不同，不能完全保證消除工件內(nèi)應(yīng)力。由于工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在造成工件幾何尺寸精度、平面度誤差精度超差，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢的情況時(shí)有發(fā)生，影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。所以急需尋找新的方法代替熱時(shí)效，經(jīng)過(guò)考察研究后，決定采用振動(dòng)時(shí)效工藝，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。
振動(dòng)時(shí)效工藝方案
1. 剪切振動(dòng)
理論上講被振工件在任何振動(dòng)頻率下只要?jiǎng)討?yīng)力足夠大就能達(dá)到均化殘余應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的效果。為提高工作效率，設(shè)計(jì)了一個(gè)振動(dòng)平臺(tái)（尺寸3500mm*2000mm*40mm）,可一次性振動(dòng)處理工件8件，支撐方式采用4點(diǎn)支撐，這種振動(dòng)對(duì)垂直面上的焊縫以及上下平面與各垂直的角焊縫都能產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)力，將加速度激振器設(shè)在邊長(zhǎng)較長(zhǎng)的一邊，以獲得較高的共振頻率，傳感器放在邊長(zhǎng)較短的一邊。這種振動(dòng)模型阻力小，易于獲得振幅較大的共振。為了取得*佳的振動(dòng)效果，按工件結(jié)構(gòu)形式、重量、殘余應(yīng)力的大小和分布不同，每次的振動(dòng)時(shí)間需15-25min。
2. 多頻振動(dòng)
在同一種激振狀態(tài)下（支點(diǎn)和激點(diǎn)都不改變位置），可采用不同的頻率進(jìn)行振動(dòng)。若激振器功率大，還可以采用強(qiáng)迫振動(dòng)。這種方案由于振動(dòng)波長(zhǎng)改變后動(dòng)應(yīng)力的峰值區(qū)域也發(fā)生變化，所以每改變一次頻率都應(yīng)改變加速度激振器的位置。
3. 振動(dòng)時(shí)效工藝和殘余應(yīng)力測(cè)量
已知?dú)んw重量為208.6t，長(zhǎng)寬高為455*575*720mm；前門重量為38.9t，長(zhǎng)寬高為575*58*570mm。振動(dòng)時(shí)先用掃頻法確定共振頻率，然后進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，振動(dòng)時(shí)間為15-20min，振動(dòng)時(shí)對(duì)振頻、振幅和動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行觀察。
殼體主頻率為4885r/min，偏心距為100%，加速度為3-8m/s2，動(dòng)應(yīng)力≥12MPa。
前門主頻率為3847r/min，偏心距為100%，加速度為2-6m/s2，動(dòng)應(yīng)力≥10MPa。
分別在熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效前后對(duì)工件進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，測(cè)點(diǎn)選取殘余應(yīng)力較大的部位，每個(gè)工件設(shè)2個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)測(cè)15個(gè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的距離為15mm。采用磁測(cè)法進(jìn)行無(wú)損殘余應(yīng)力測(cè)量，檢測(cè)所用儀器為JH-60殘余應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，其采集數(shù)據(jù)、應(yīng)力大小、分布曲線全部由計(jì)算機(jī)完成。
振動(dòng)時(shí)效結(jié)果分析
1.從2個(gè)工件振動(dòng)參數(shù)可以看出，2個(gè)工件的振動(dòng)均獲得了關(guān)鍵的共振頻率。因?yàn)樵趯?duì)物體進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效時(shí)，物體本身也是一個(gè)振動(dòng)體，它與工作臺(tái)、固定支撐點(diǎn)組成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，工作臺(tái)跨度較長(zhǎng)，故共振頻率就低了。動(dòng)應(yīng)力是振動(dòng)時(shí)效中的關(guān)鍵參數(shù)，其大小直接影響振動(dòng)時(shí)效的效果。為了獲得較好的振動(dòng)時(shí)效效果，激振器應(yīng)設(shè)在邊長(zhǎng)較長(zhǎng)的一邊進(jìn)行振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)從各個(gè)方位測(cè)得的動(dòng)應(yīng)力值均大于10MPa。滿足了理論上的數(shù)值要求，達(dá)到了預(yù)期的振動(dòng)時(shí)效效果。
2. 焊接件尺寸穩(wěn)定性不僅受到殘余應(yīng)力大小影響，還受到殘余應(yīng)力均勻性影響。振動(dòng)時(shí)效不僅可以消除應(yīng)力，而且能消除應(yīng)力峰值，使應(yīng)力均勻化。根據(jù)熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力數(shù)值對(duì)比可以看出，焊縫附近存在的殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力，在振動(dòng)后受力狀態(tài)發(fā)生了變化，這進(jìn)一步說(shuō)明振動(dòng)時(shí)效后應(yīng)力分布確實(shí)朝著有利的狀態(tài)變化。
3. Q235鋼板的允許工作應(yīng)力σ=240MPa，作為低周疲勞剛性設(shè)計(jì)，其工作應(yīng)力一般為1/3σ，即80MPa，而實(shí)際設(shè)計(jì)中的工作應(yīng)力僅設(shè)計(jì)為35MPa。結(jié)果表明，振動(dòng)前所測(cè)的測(cè)點(diǎn)中有4個(gè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力在80MPa以上，還有一個(gè)為125MPa。而振后2個(gè)工件的*大殘余應(yīng)力在94MPa以上，還有一個(gè)為61.7MPa，將其與設(shè)計(jì)工作應(yīng)力迭加也小于240MPa?？梢?jiàn)，振動(dòng)時(shí)效后工件將在彈性區(qū)間工作，而不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)，滿足了工件服役尺寸穩(wěn)定性的要求。
4. 測(cè)量數(shù)據(jù)表明，熱時(shí)效的平均消除率為33.8%，振動(dòng)時(shí)效的平均消除率為37.8%，消除率數(shù)據(jù)也較為接近，由于振動(dòng)時(shí)效工藝具有省、方便、成本低、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，故振動(dòng)時(shí)效整體效果優(yōu)于熱時(shí)效，采用振動(dòng)時(shí)效工藝用于消除各類礦用開(kāi)關(guān)中殼體、前門等焊接件的殘余應(yīng)力是可行的。
