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℃);
振动时效设备的构造原理
振动时效技术应用需要有专门的振动时效设备,振动时效设备大体上由控制器,激振器,传感器等三部分组成。
一、控制器:控制器是振动时效装置的心脏,它的主要功能是控制激振器上的电动机按操作者得指令要求运转,并吧测得的有关数据给予显示和打印,控制器的技术指标代表着整体设备的水平。
控制器一般由CPU板、控制板、硬件、显示板和打印机等组成。原有的控制器一般是通过大量的电子元件之间的控制实现控制器的基本功能,
二、激振器:激振器是振动时效装置的执行部分,对于构件的振动时效处理,就是通过激振器来完成的。激振器主要有调速电机、偏心块和偏心箱组成,电机的转速及升降的速度是由控制器来控制的,电机带动偏心两可调的偏心块运转,产生一定的周期激振力,激振力通过偏心箱作用在被时效的工件上,以实现对工作的振动时效处理。
三、传感器:传感器是用来测试工件的振动情况的,它将工件的实际振动变成电信号传输给微机处理,帮助微机实现对工件的振动监视。
HK系列振动时效装置是根据十多年的振动时效实际工作经验,并对包括美国马丁公司产品在内的多种振动时效装置的实际长期使用、摸索、研究后,结合建伟成熟的振动时效理论及工艺研究而研制成功的具有全自动*系统控制体系的振动时效装置,它与现有的振动时效装置相比,**的优点是:
1.控制其中的*系统会自动地确定振动时效工艺参数,如果是操作者自己选择参数,当参数不合适时,控制器会自动关机,并告知不合适的原因,指示您再调整。
2.对振动处理的数据及曲线,微机先记忆起来,然后按操作者的需求方式给予打印。
3.由于采用的是软件控制,所以控制器不仅具有可编程功能,而且电子元件个数大大减少,故障率较低,又由于采用的插板式结构,即使一般人员维修起来也特别方便。
4.由于激振器各部分是经过严格挑选的,所以其可靠性大大提高。
5. 一台控制器各可控制多种规格的激振器。
6.时效过程中动态检测工件应力的消除情况,做到适时停机。
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℃);
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.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/T5926-2005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
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℃);