振動時效處理及殘余應(yīng)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(dāng)所施加給構(gòu)件的動應(yīng)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(yīng)力就會重新的進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)行了振動時效處理，同時進(jìn)行了振動時效處理前后的殘余應(yīng)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(yīng)力檢測
為了準(zhǔn)確得知振動時效對殘余應(yīng)力降低的實際效果，需要對小車架振動處理前后的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)進(jìn)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(zhǔn)確即在構(gòu)件的焊縫處粘貼應(yīng)變片，從中測得焊縫處的應(yīng)變數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得到該構(gòu)件的原始應(yīng)力此次為了更加準(zhǔn)確得到數(shù)據(jù)，我們按標(biāo)準(zhǔn)要求共計選擇10點進(jìn)行檢測。
二、 振動時效處理
本次工藝試驗使用的振動時效設(shè)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(yīng)力系統(tǒng)，該設(shè)備具有手動功能、全自動功能、預(yù)置功能、局部預(yù)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(jìn)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(shè)備的手動功能進(jìn)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(shè)備的預(yù)置功能，設(shè)定掃頻起始為4100轉(zhuǎn)，掃頻終止為4500轉(zhuǎn)，啟動后進(jìn)入自動程序，快速升速到4100轉(zhuǎn)時進(jìn)入掃描狀態(tài)。當(dāng)掃描至4500轉(zhuǎn)時自動確認(rèn)小車架的亞共振點，進(jìn)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(jìn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn))
三、 振動時效前、后的殘余應(yīng)力檢測
在進(jìn)行振動時效處理之前，我們對小車架進(jìn)行了殘余應(yīng)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(jìn)行殘余應(yīng)力測試如表中數(shù)據(jù)所示。應(yīng)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:
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(yīng)力降低了47.11 %，并且振后的各點應(yīng)力處于明顯的均化狀態(tài)，這完全符合JB/T5926一2005標(biāo)準(zhǔn)中要求。
2、振動時效處理的應(yīng)力消除率高于標(biāo)準(zhǔn)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)。
