钢板消除应力

近二十年来，振动消除应力技术的研究和应用，在我国取得了飞速的发展。在此期间，经国内许多单位的共同努力，在振动时效机理、振动时效工艺技术和应用方面，取得了突破性的成果，制定了我国部关于振动时效方面的国家行业标准“*共和国机械行业标准JB/T5926-2005”，指导了该项技术的应用和设备的生产，推动了该项技术在机械行业的广泛应用。我国生产办公室也将该项技术的推广应用列入了“八五规划”。
振动处理的关键在于消除或均化金属构件残余应力，而残余应力对于焊接构件疲劳寿命的影响是严重的，这已在近十年来得到公认。因此作为以消除残余应力为主要目的的振动时效技术，完全可以用来提高焊接构件的疲劳寿命。
国内外大量研究资料表明，振动时效对焊接结构件的根本作用在于“消除”残余应力。因此国外将其称做“振动消除应力”。焊接结构件残余应力分布较其不均，应力剃度相当大，而振动时效一个的特点就是使高残余应力下降，使应力分布均化，因此振动时效在“消除”焊接结构残余应力上效果十分明显。同时，由于残余应力的“消除”，振动时效还可以有效地延缓断裂裂纹的产生和降低应力腐蚀开裂。
回转臂是连铸机上的主要部件。上海重矿连铸技术工程有限公司生产的回转臂主要部分是复杂板焊接梁，其结构如图1。焊后有较高的焊接残余应力，由此引起焊后工件变形。一般焊接时为满足图纸尺寸要求，加一些工艺板，控制工件尺寸焊接后必须进行去应力，去应力后拆除工艺板，合适的去应力工艺可以保证工件不变形，一般去应力采用热处理工艺，这种方法耗资高、工期长。经研究，此次采用振动消除应力工艺，实验证明，振动后去除工艺板，完全满足了工件尺寸要求，效果良好。
二、振动时效工艺实验
1．振动时效：根据工件的结构特点，采用四点支撑，激振点在A处，拾振点选在B处，具体位置见图1。振动所使用的设备是上海乐展电器有限公司有限公司生产VSRDS-08型振动时效装置。这种设备有良好的使用性能，并可在振动的同时绘制幅频曲线，可观察振动效果。其曲线如图2。
2．残余应力测试：为观察振动时效效果，在振动后选主要焊缝处18点用盲孔松弛法测试了残余应力，测点位置标在图1。因为工期紧张，此次没有测试焊前的残余应力。根据以往其它单位的数据做参考，这种材料焊后焊缝中心残余应力，以σ1在190MPa左右，这样就可以计算工件振后的主应力的下降率。测试的振后的残余应力结果列在表2中。
三、结果分析
1．振后去除工艺板，工件没有变形，说明振动时效效果良好；
2．工件的焊缝比较复杂，可能出现低应力，甚至出现压应力，如17、18点的数据；
3．表1中除去3、6、17、18点，取14点的平均值94MPa，用190MPa计算工件振后σ1，下降率为51%是一个很好的效果。
四、结论
综上所论，首先振动时效满足了工件尺寸要求，其次振后残余应力主应力平均下降可达51%，大大满足了JB/T5926-2005标准要求。说明回转臂一类工件采用振动时效去应力，效果良好，工艺可行。
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

108吨矿用自卸汽车的**厂，经使用证明，该车性能良好、结构合理。但是，由于作业环境比较恶劣，运行中的汽车车架多次出现断裂裂纹，裂纹部位多发生在中横梁管环缝焊接处及举升轴侧加强板上。
分析认为除材料本身特性及结构应力等原因外，主要是焊接应力造成的（全车四个大的环缝焊区包含五十二个小的焊接环缝）。经动应力测试证明，该车架大部分焊缝区的焊接应力在0.5~0.7σS，个别点接近σS量级。
为消除或降低108吨汽车车架焊接残余应力，防止断裂裂纹发生，原计划建造大型焖火窑，进行热时效处理，但因费用昂贵，未能实施。2005年四月份，厂方与上海乐展电器有限公司一起，经过多次试验研究，用振动时效处理代替热时效消除或降低108吨汽车车架焊接残余应力，效果十分理想。
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

振动时效与热时效比较
振动时效与热时效比较具有节约能源、投资少、工艺简便、减少环境污染、效率高等优点。
1．操作时间对比：热时效108吨汽车车架需用24小时（旧焖火窑已经报废拆除），而振动时效仅需40分钟，即振动时效是热时效工时的1/36。
2．操作繁简程度对比：热时效要起吊、运输、装炉、加热、出炉、再运输、再起吊等一系列繁琐过程，而振动时效可在原焊接场地进行，没有客观条件等不利因素影响。
3．能源消耗对比：热时效仅烧柴油费就需4620元（一个车架需用三吨柴油，1540元/t×3t=4620元不考虑鼓风机用电费用）。
振动时效用电费仅为0.16元（0.3元/千瓦小时×0.8千瓦×小时=0.16元）。因此，振动时效与热时效相比，消耗能源相差悬殊。
4．设备投资费用对比：热时效需要建窑费用为35万元，不包括每年至少一次修窑费用。而振动时效设备一次投资费为6万元左右。即振动时效是热时效设备投资费用的1/6。
5．从材料性能分析：热时效*造成材料硬度或其它机械性能下降，还*使构件表面脱碳，并且热作用*产生组织变化。振动时效可以提高构件的机械强度提高抗变形能力。
总之，振动时效处理比热时效处理更具**动性、灵活性和广泛的适用性。特别是像108吨汽车车架（长=9001mm）等大型焊接构件振动时效处理更为明显。当车架急需组装时，振动时效可随时在现场进行。
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

回转臂、底座是连铸机上的主要部件，由厚钢板焊接而成，具有较大的焊接应力，必将造成应力腐蚀破坏，结构设计中提出对其进行时效处理。根据现场条件选用振动处理方法，确定如下具体实施方案：
1．对回转臂、底座进行现场振动时效处理；
2．分别做振前、振后的焊接残余应力检测，测试方法采用“盲孔法”按国家行业标准JB/T10375-2002评定效果。
3．给出检测报告。
在贵厂技术人员积极配合下，此项工作已全部完成，特此提出如下报告：
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。2005年制定了国家行业标准JB/T5926-2005，并在2006年被国家经贸委批准为“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．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，
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；