技術(shù)資訊
球磨機(jī)軸頭殘余應(yīng)力測量與消除

球磨機(jī)軸頭是建陶大型旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)械的關(guān)鍵部件,它起著支承和旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)滾筒機(jī)體的重要作用。實(shí)心軸頭直徑350mm,周圍焊接加強(qiáng)環(huán)直徑590mm厚度200mm,軸頭和加強(qiáng)環(huán)焊接在球磨機(jī)圓滾筒上。由于在焊接處產(chǎn)生不均的溫度場,使溫度應(yīng)力和相變應(yīng)力分布不均勻?qū)?dǎo)致焊縫處產(chǎn)生較大的塑性變形,從而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在會影響軸頭的強(qiáng)度疲勞壽命,產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形,焊接件易發(fā)生脆性破壞。因此,球磨機(jī)軸頭殘余應(yīng)力測量和消除就變得尤為重要。

盲孔法測殘余應(yīng)力原理

本次試驗(yàn)采用盲孔法測量球磨機(jī)軸頭焊接殘余應(yīng)力,盲孔法測量殘余應(yīng)力就是在被測點(diǎn)上鉆一個小孔,使被測點(diǎn)的應(yīng)力得到部分的釋放,測出的鉆孔前后相應(yīng)的應(yīng)變差,根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式及無應(yīng)力材料的標(biāo)定值,在根據(jù)彈性力學(xué)理論計算出殘余應(yīng)力,鉆孔的直徑深度都不大,不會影響被測構(gòu)件的正常使用,并且這種方法具有較好的精度,因此,它已成為應(yīng)用比較廣泛的方法。

振動時效工藝原理

本次試驗(yàn)采用振動時效工藝消除球磨機(jī)軸頭焊接殘余應(yīng)力,其工作原理是通過振動,使工件內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動應(yīng)力的矢量和達(dá)到超過材料屈服強(qiáng)度的時候,使材料發(fā)生微量的塑性變形,從而使材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。因其環(huán)保、節(jié)能、省時成為常用的消除應(yīng)力方法。

試驗(yàn)過程

測量儀器采用JHMK多通道殘余應(yīng)力測量系統(tǒng),由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。接線方案采用半橋補(bǔ)償塊補(bǔ)償方法,在軸機(jī)頭焊縫附近同一圓周上對稱粘貼A、C、E、G4個直角應(yīng)變花。加強(qiáng)環(huán)焊縫附近同一圓周上也對稱粘貼B、D、F、H4個直角應(yīng)變花,應(yīng)變花粘貼位置如圖1,盲孔的位置在8個應(yīng)變花附近,a=7.5,深度h=16mm。振動時效設(shè)備采用JH-600A液晶交流振動時效設(shè)備,振動時效處理時球磨機(jī)軸頭下面墊有四個橡膠墊,如圖1。

球磨機(jī)軸頭.png 

1球磨機(jī)軸頭應(yīng)變花布置圖

測試結(jié)果

振動時效前測得結(jié)果和用振動時效設(shè)備對軸頭進(jìn)行時效后的結(jié)果見表1和表2。

1振動前后的試驗(yàn)結(jié)果

測點(diǎn)

振前

振后

平均應(yīng)力降低率(%)

με

MPa

με

MPa

A

ε1

-250

σ1

-300

ε1

-205

σ1

-275

8

ε2

-55

σ2

-90

ε2

-85

σ2

-85

ε3

+55

σm

+195

ε3

0

σm

+180

B

ε4

-75

σ1

-476

ε14

-315

σ1

+10

100

ε5

-5

σ2

-213

ε25

+10

σ2

-10

ε6

-265

σm

+340

ε36

0

σm

0

C

ε7

+195

σ1

+408

ε7

-190

σ1

-244

25

ε8

-130

σ2

+62

ε8

-75

σ2

-106

ε9

+40

σm

+234

ε9

+15

σm

+175

D

ε10

-210

σ1

-248

ε10

-105

σ1

-158

26

ε11

-60

σ2

-73

ε11

-98

σ2

-78

ε12

+50

σm

+161

ε12

-13

σm

+11

E

ε13

-265

σ1

-339

ε13

-70

σ1

-110

60

ε14

-90

σ2

-142

ε14

-50

σ2

-80

ε15

+25

σm

+241

ε15

-25

σm

+95

F

ε16

-190

σ1

-30

ε16

-35

σ1

-65

37

ε17

-190

σ2

-160

ε17

-35

σ2

-55

ε18

-40

σm

+95

ε18

-25

σm

+60

G

ε19

-400

σ1

-560

ε19

-135

σ1

-200

61

ε20

-225

σ2

-280

ε20

-100

σ2

-130

ε21

+20

σm

+420

ε21

-30

σm

+165

H

ε22

-310

σ1

-438

ε22

-150

σ1

-205

54

ε23

-215

σ2

-242

ε23

-90

σ2

-105

ε24

-30

σm

+340

ε24

-5

σm

+155

2振動前后的分析結(jié)果

測試位置

振前平均應(yīng)力

振后平均應(yīng)力

應(yīng)力降低率

振前應(yīng)力幅值△σ1

振后應(yīng)力幅值△σ2

振前波動率

振后波動率

軸環(huán)縫

272.25

153.75

43.5%

654

85

240%

55.3%

加強(qiáng)板環(huán)縫

233.87

83.25

64.4%

245

155

104.7%

186.2%

結(jié)論

1. 焊接殘余應(yīng)力越高,振動時效處理降低應(yīng)力越多均化應(yīng)力越好。

2. 環(huán)縫殘余應(yīng)力降低43.5%,波動率由240%降低到55.3%,應(yīng)力均化效果好。

3. 加強(qiáng)板環(huán)縫殘余應(yīng)力降低64.4%,波動率變大是由于振后平均應(yīng)力變得很低所致。

       4.采用盲孔法對球磨機(jī)軸頭進(jìn)行殘余應(yīng)力測量是可行的。

上一個:T92鋼焊接殘余應(yīng)力測試分析
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