振动时效技术 应力消除剂

柴油机机体粗加工后的振动时效处理
在对机体内应力检测的基础上，得出了机体在粗加工后有较大的内应力是机体在后序加工和使用中变形的主要原因，因此需进行二次时效处理。但在粗加工后再进行热时效，必将引起机体变形超差，并破坏加工面光洁度。经过测试数据分析证明，机体粗加工后增加振动时效处理作为二次时效工艺是可行的。现将振动时效处理的试验情况报告如下：
1．振动时效设备
本次试验选用了由上海乐展电器有限公司研制的“智能型振动消除应力系统”来处理机体，它是目前国内先进的新产品，自动化程度高，工艺确定后整个处理及工艺就自动一次完成。
2．机体振动时效试验
先用一台粗加工后废弃机体（16D0033号机体）进行先期试验积累数据，再用两台粗加工后的机体为试件；台用于振动时效技术参数选择（支撑点、激振点、激振器偏心档级、拾振点、激振频率、扫频频率），经振动后进行应力检测，观察振动时效消除应力的效果。第二台用于优化振动时效参数，观察台振动时效参数的稳定性，终确定振动时效工艺规程。
3．台柴油机机体（机体主轴承号：2001—063）振动时效处理
（1）手动操作程序：
①将机体立放于平地上，并做三点支撑：一侧面中间支撑一点，另一侧面两点支撑，均用厚橡胶垫为支撑物。
②将激振器（A型）装卡在右顶板七、八缸孔之间，调整偏心为二档。
③将拾振器吸在靠近一号缸孔的端部右顶板角处。
④连接电机-控制箱，拾振器-控制箱间连线。
⑤连接电源线。
⑥手调节电机转速至4200r/min振动处理30min。
⑦振动处理同时记录加速度指数随时间变化的量值。
（2）自动操作
①现场布置同“手动操作程序”的①②③④⑤
②将扫频值定在4500r/min。
③按自动处理钮后全过程自动完成。
处理曲线见图一、图二。
（3）工艺效果检测
①由图一、图二见振动处理过程中，幅频特性曲线左移峰值上升，时间—振幅曲线由上升逐渐变平，完全符合国家标准JB/T5926-98要求。
②测试表明，振后残余应力普遍降低和均化，但应力总水平下降率只有21.6%低于国家标准（JB/T5926-98）中的有关规定。
③结论：工艺基本符合，但需加大激振力。
4．第二台机体（机体主轴承号：96-098）振动时效处理
（1）第二台机体的振动时效处理与台不同之处在于两点：
①将A型激振器改为B型，以增大激振力。
②将激振点选在两处进行试验，即次在1~2缸孔之间，第二次在7~8缸孔之间，即为二次振动。其他参数不变。
（2）工艺效果检测
①幅频特性曲线及时间—振幅曲线变化正常。
②由表七可见，振后残余应力普遍下降，且总应力水平下降40%以上，已完全符合国家标准（JB/T5926-98）要求。

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：热时效容易造成材料硬度或其它机械性能下降，还容易使构件表面脱碳，并且热作用容易产生组织变化。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有机动性、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℃）；

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着的效果。
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。

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