连铸机回转臂及底座振动时效处理

发布时间: 2012-02-26      浏览次数: 1588

一、振动时效处理对金属构件的作用

振动时效又称振动消除应力,是对具有残余应力的金属构件做振动处理,使构件在共振频率下振动。当构件产生共振时,构件将按一定的振型产生弹性变形,当这个弹性变形与构件原有受约束的弹性应变相叠加时,高应力区进入了材料的屈服极限,使这些受约束的弹性应变(即产生残余应力的应变)转化成塑性应变,使约束得到缓解而释放应力。因此可以说振动时效是通过共振使构件受约束的应变得到释放,而降低和均化应力的。

振动时效既然可以降低和均化应力,则必然可以消除或降低残余应力对构件的影响。通过大量的实验和工程实际应用已充分证明它的如下技术作用:

1.降低和均化应力,消除应力集中,防止或延缓裂纹的发生;
2.防止或减少构件的变形;
3.防止或减少应力腐蚀;
4.可以提高焊缝的抗疲劳特性,提高使用寿命。

由于振动时效具有上述的作用,且具有操作简便、高效节能、实用性强等特点,因此得到广大企业的欢迎。目前全国在造船、冶金、机械制造、矿山机械、航空、铁路、机床制造等行业已广泛应用,同时也受到国家的重视和认可。1991年制定了国家行业标准JB/T5926-91,并在1993年被国家科委批准为“国家级科技成果重点推广计划”项目,在全国普遍推广。

二、回转臂振动时效处理

1.振动时效处理
a.主振:根据工件的结构特点采用对角十字四点支撑,激振点在A处,拾振点在B处,具体位置见图2。预置扫频范围6200RPM/min全自动处理。时效时间33分钟,偏心档位10档,振动特性曲线见图1。
b.辅助振动:原支撑不变,激振点、拾振点旋转90°采用手动处理,激振频率5863RPM/min,时效时间30分钟,偏心档位不变。
2.残余应力检测:为了验证振动时效效果,对构件做振前、振后焊接残余应力测试。测试方法选用盲孔松弛法,测点选择14点,测点分布见图2,测试结果列在表一中。
表一回转臂振动时效测试数据表单位:MPa

点号 δ1 δ2
振前 振后 消除率 振前 振后 消除率
1 117.39 119.27 -32.76 81.22 39.30 -51.61
2 169.70 90.81 -46.49 86.20 41.79 -51.52
3 312.86 220.08 -29.66 55.08 44.35 -19.49
4 215.99 130.98 -39.36 37.97 19.85 -47.73
5 197.53 121.39 -38.55 35.10 27.50 -21.65
6
7 202.02 92.15 -54.38 44.57 20.28 -54.49
8 152.79 106.18 -30.50 32.93 26.42 -19.78
9 187.19 119.63 -36.09 38.46 26.15 -32.00
10 213.20 149.70 -29.79 43.08 23.61 -45.19
11 213.91 162.06 -24.24 28.42 28.70 1.00
12
13 309.10 152.92 -50.53 73.96 28.92 -60.91
14 199.25 132.62 -33.44 20.20 21.70 7.41
平均应力 212.58 133.15 -37.15 48.10 29.05 -33.00


注:测点6、12应变片损坏
3.结果分析
a.从特性曲线上看,振幅时间曲线先缓慢上升后逐渐变平,幅频特性曲线前移升高。
b.从测试数据上看,振前平均主应力为212.58MPa,振后平均主应力为133.15MPa,降率为-37.15%。

4.结论
本次工艺处理,特性曲线发生明显变化,残余应力下降率为-37.15%。符合JB/T10357-2002标准要求。说明回转臂一类工件采用振动时效去应力,效果较好,工艺可行。
三、底座振动时效处理
1.振动时效处理
a.主振:根据工件的结构特点采用四点支撑,激振点、拾振点具体位置见照片3。采用手动处理,激振频率4670RPM/min,时效时间30分钟,偏心档位8档。
b.辅助振动:原支撑不变,激振点、拾振点旋转90°,采用手动处理,激振频率4720RPM/min,时效时间30分钟,偏心档位不变。
2.残余应力检测:为了验证振动时效效果,对构振前振后焊接残余应力测试。测试方法选用盲孔松弛法,测点选择14点测点分布见图3,测试结果列在表二中。
表二底座振动时效测试数据表单位:MPa

点号 δ1 δ2
振前 振后 消除率 振前 振后 消除率
1 280.90 201.72 -28.19 16.48 6.88 -58.27
2 227.86 153.40 -44.79 81.74 41.93 -48.71
3 431.62 221.26 -48.74 262.16 64.54 -75.38
4            
5 171.13 115.28 -32.63 9.62 2.41 74.89
6 251.44 136.90 -45.55 111.71 52.38 -53.11
7 200.82 163.27 -18.70 9.10 5.34 -41.35
8 137.92 96.80 -29.81 31.01 24.73 -20.26
9 130.67 95.86 -26.64 12.64 7.02 -44.46
10 187.61 128.43 -31.54 61.64 28.73 -53.39
11 242.37 145.12 -40.13 33.36 25.98 -22.11
12 240.76 151.70 -36.99 250.62 62.19 -75.19
13 213.33 104.40 -51.06 51.38 33.24 -35.30
14 179.57 131.41 -26.82 55.97 30.83 -44.91
平均应力 226.62 141.96 -35.51 75.95 29.71 -49.79


注:测点4应变片损坏

3.结果分析
从测试数据上看,振前平均主应力为226.62MPa,振后平均主应力为141.96MPa,降率为-35.51%。且均化较好。
4.结论
本次工艺处理,残余应力下降率为-35.51%。且均化较好。完全满足了国家行业标准JB/T10357-2002标准要求。说明连铸机底座工件采用振动时效去应力,效果较好,工艺可行。