焊接振动时效消除应力

从宏观角度分析振动时效使零件产生塑性变形，降低和均化余应力并提高材料的抗变形能力，无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原因。从分析余应力松驰和零件变形中可知，余应力的存在及其不稳定性造成了应力松驰和再分布，使零件发生塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低余应力，特别是危险的降值应力，振动时效同样可以降低余应力，零件在振动处理后余应力通常可降低30—80%，同时也使峰值应力降低使应力分布均匀化。
从微观方面分析振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加动应力，众所周知工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷，铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨。故而无论是钢、铸铁或其他金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中，当受到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的余应力叠加。当应力叠加的结果到一定的数值时，在应力集中严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形。这种塑性变形降低了该处余应力降值，并强化了金属基体，而后振动又在一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止，此时振动便不再产生消除和均化余应力及强化金属的作用。
振动时效技术在108吨矿用重型汽车车架上的应用经过多次的试验研究，采用振动时效技术降低108吨汽车车架焊接残余应力方面取得了显著的效果。
试验证明，只要振动时效参数选择合理，完全可以用振动时效代替热时效，提高焊接构件疲劳寿命。特别是对108吨汽车车架（全长L=9001mm，重约10吨）等大型焊接构件（见图14），具有比热时效方便、省时、节约能源等突出特点。

通过工艺试验确定振动时效工艺规程
工艺试验的目的在于给出合理的振动时效工艺参数，制定生产实用型的振动时效工艺规程。其目标是降低车架焊接残余应力，以便给出振动时效工艺参数。
根据工艺试验结果确定工艺规程如下：
1．支撑方式
为使车架易于绕中横梁轴扭振和使两纵横梁沿水平方向扭振而采用三点支撑：在龙门梁底部及两侧梁举升轴座下各放一根枕木形成稳定的三点支撑方式。
2．激振点的确定
根据结构型式确定三个激振点，车架前保险杠端点、龙门梁前悬挂板车架纵梁后氮缸悬挂板（激振器夹在纵梁后氮缸挂板上）。
3．工艺参数的制定（见表15工艺参数表）
4．振动时效工艺程序
①将车架按规定方式放好，并垫好枕木支撑。
②将振动时效装置的激振器垂直固定在纵梁后氮缸悬挂板上，并使激振器平面与纵梁垂直，在另一纵梁后氮缸悬挂板垂直方向上固定拾振器。
③扫频：先将激振器偏心调到一档，然后开机自动扫描，画G-f曲线（见图15）。
④时效处理：将激振器偏心调整到三档，开机后将频率调到6350RPM，仔细观察车架处于振动状态后，开始时效处理，时间15分钟，同时绘出G-t曲线（见图15）。
停机后，重新开机并将频率调到8750RPM进行再次时效处理，时间15分钟，同时绘出第二条G-t曲线（见图15）。
⑤扫频：停机后将激振器偏心调回到一档，然后再开机自动扫频，同时绘出振后的加速度频率曲线（红线）。
⑥自动停机后，将激振器移到另一侧龙门梁前悬挂板上固定，其振动平面与龙门梁平行。按上述程序做同样的时效处理：扫频时激振器调到一档，时效时激振器调到三档。时效时间为10分钟。重新绘出一张G-f、G-T曲线图来，至此时效完成。
整个处理时间为40分钟，加上装卡，调试时间约80分钟。共有两个激振点，三个激振频率。
每个车架振动时效处理完成后，可以获得两张曲线图以供存档。
停机后填写时效工艺卡片，并附以上述两强时效曲线图，以供检查。
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专家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，突出的优点是：
1.控制其中的专家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，故障率极低，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。

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、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℃）；
提供重大及重点工程项目的大型金属结构的振动时效现场技术咨询与技术服务；
提供余应力检测服务，保证检定结果的真实性及性；
提供各种金属材料的材料力学性能检验，结构设计和强度分析检验，疲劳强度和疲劳寿命试验；
提供不锈钢及铝合金等材料的振动时效处理及余应力检测；
为用户的金属结构件提供现场振动时效处理；
为您提供振动焊接服务；