一、振動(dòng)時(shí)效工藝的簡(jiǎn)單程序
振動(dòng)處理技術(shù)又稱(chēng)做振動(dòng)消除應力,在我國又稱(chēng)做振動(dòng)時(shí)效。它是將一個(gè)具有偏心重塊的電機系統(稱(chēng)做激振器)安放在構件上,并將構件用橡皮墊等彈性物體支承,如圖2.1所示。通過(guò)控制器起動(dòng)電機并調節其轉速,使構件處于共振狀態(tài)。約經(jīng)20~30分鐘的振動(dòng)處理即可達到調整殘余應力的目的。
圖2.1中的振動(dòng)測試系統和應變(或應力)測試系統,是在做振動(dòng)時(shí)效工藝時(shí),用來(lái)測幅頻特性曲線(xiàn)、監測動(dòng)應力幅值及其變化的。
圖2.1 振動(dòng)處理構件設備布置圖
可見(jiàn),用振動(dòng)調整殘余應力技術(shù)是十分簡(jiǎn)單和可行的。
二、振動(dòng)時(shí)效工藝特點(diǎn)
振動(dòng)時(shí)效之所以能夠部分地取代熱時(shí)效,是由于該項技術(shù)具有一些明顯的特點(diǎn)。
1.機械性能顯著(zhù)提高
經(jīng)過(guò)振動(dòng)處理的構件其殘余應力可以被消除20%~80%左右,高拉應力區消除的比低應力區大。因此可以提高使用強度和疲勞壽命,降低應力腐蝕。
可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過(guò)程造成的微觀(guān)裂紋的發(fā)生。
可以提高構件抗變形的能力,穩定構件的精度,提高機械質(zhì)量。
2.適用性強
由于設備簡(jiǎn)單易于搬動(dòng),因此可以在任何場(chǎng)地上進(jìn)行現場(chǎng)處理。它不受構件大小和材料的限制,從幾十公斤到幾百?lài)嵉臉嫾伎墒褂谜駝?dòng)時(shí)效技術(shù)。特別是對一些大型構件無(wú)法使用熱時(shí)效處理時(shí),振動(dòng)時(shí)效就具有更加突出的優(yōu)越性。
3.節省時(shí)間、能源和費用
振動(dòng)時(shí)效只需30分鐘即可進(jìn)行下道工序。而熱時(shí)效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、電等能源。因此,相對于熱時(shí)效來(lái)說(shuō),振動(dòng)時(shí)效可節省能源90%以上,可節省費用90%以上,特別是可以節省建造大型燜火窯的巨大投資。
三、振動(dòng)時(shí)效工藝的發(fā)展及應用
用振動(dòng)的方法消除金屬構件的殘余應力技術(shù),于1900年在美國就取得了專(zhuān)利。但由于人們長(cháng)期使用熱時(shí)效,加上當時(shí)對振動(dòng)消除應力的機理還不十分明確,且高速電機尚未出現造成設備沉重、調節不便,因此該項技術(shù)一直未得到發(fā)展和應用。
直到60年代由于能源危機,美國、英國、日本、聯(lián)邦德國等國才又開(kāi)始研究振動(dòng)時(shí)效的機理和應用工藝。特別是到70年代由于可調高速電機的出現,推動(dòng)了振動(dòng)消除應力裝置(VSR系統)的發(fā)展:1973年英國制成手提式VSR系統即VCM80,后來(lái)美國馬丁工程公司也研制出比較先進(jìn)的設備LT-100R型VSR系統。法國和蘇聯(lián)也分別生產(chǎn)出PSV型和NB型VSR系統。這些比較先進(jìn)的激振裝置,促進(jìn)了振動(dòng)消除應力工藝的發(fā)展和應用。
據統計,目前世界上正在使用的VSR系統約有一萬(wàn)臺以上。美國采用振動(dòng)時(shí)效工藝的有700多個(gè)公司,蘇聯(lián)和東歐一些國家也在大量使用,都取得了明顯的經(jīng)濟效益。許多國家都已將振動(dòng)時(shí)效定為某些機械構件必須采用的標準工藝。在英國幾乎沒(méi)有一家公司不使用該項技術(shù)的。
振動(dòng)處理在國外的應用范圍比較廣,被處理構件的類(lèi)型也比較多。例如:
1.英國一機床公司生產(chǎn)大型精密機床,其床身與立柱要求精度為0.01mm/2m。過(guò)去采用熱時(shí)效其精度保持性較差,后來(lái)改用振動(dòng)時(shí)效,滿(mǎn)足了精度要求,因此現在已將振動(dòng)時(shí)效定為該項產(chǎn)品的標準工藝。
2.英國生產(chǎn)的鋁合金鑄造精密泵體,其尺寸為275×300×150mm,也是用振動(dòng)時(shí)效來(lái)保證其精度的。
3.美國PX工程公司,用振動(dòng)時(shí)效來(lái)消除8噸重的焊接結構齒輪的內應力,用以減少焊接裂紋。
4.美國Pont Land電子專(zhuān)業(yè)公司,用該項技術(shù)處理4噸重的鍛件毛坯。該公司規定鍛件進(jìn)行三次振動(dòng)處理:
(1)毛坯(2)粗加工后(3)精加工后。三次處理后即保證了鍛件的穩定性。
5.美國華盛頓鋼鐵公司,對該公司生產(chǎn)的47噸重的剪床座進(jìn)行振動(dòng)處理。剪床座是用152mm至203mm厚的鋼板焊成,加強筋厚為38mm至76mm這樣大而重的構件只用40分鐘的振動(dòng)處理就代替了過(guò)去的熱時(shí)效處理。
6.美國西北工業(yè)公司對2800噸重的海洋鐵塔及1280噸重的鉆井平臺也采用過(guò)振動(dòng)時(shí)效處理。
7.英國對陸上井口平臺采用振動(dòng)時(shí)效,井口平臺是由管徑為200mm的鋼管焊成6m×6m×2m管型構架。
8.英國噴氣發(fā)動(dòng)機火焰筒襯里,由于焊后熱膨脹而發(fā)生裂紋,報廢率占30%以上,后來(lái)采用振動(dòng)時(shí)效工藝,報廢率幾乎為零。
9.英國生產(chǎn)的所有專(zhuān)用機床床身都是用振動(dòng)時(shí)效代替熱時(shí)效。有三十多家機床廠(chǎng)和十多個(gè)鍛壓設備廠(chǎng)都是將振動(dòng)時(shí)效作為標準的生產(chǎn)工藝。
美、英等國在其它工業(yè)部門(mén)也大里采用振動(dòng)時(shí)效,如造紙機械廠(chǎng)、船舶軸承廠(chǎng)、激光焊機廠(chǎng)、齒輪箱制造廠(chǎng)、紡織機械廠(chǎng)、軋鋼設備廠(chǎng)、印刷機械廠(chǎng)、泵制造廠(chǎng)、采油設備廠(chǎng)、發(fā)電設備廠(chǎng)、鍋爐廠(chǎng)等都應用振動(dòng)時(shí)效來(lái)消除構件的應力。
自1975年以來(lái),該項技術(shù)在我國也得到了較快的發(fā)展和推廣,在機床鑄件上取得了較大的突破。
多年來(lái),關(guān)于振動(dòng)時(shí)效對焊接構件疲勞壽命的影響是國內外專(zhuān)家極為關(guān)心和爭論的焦點(diǎn)問(wèn)題。我國一些單位做了許多研究,得出的結論認為,振動(dòng)時(shí)效對金屬材料的力學(xué)性能有較大的影響,合理的振動(dòng)時(shí)效工藝可以提高焊接構件的疲勞壽命。這些結論為振動(dòng)時(shí)效在焊接構件上的應用奠定了理論基礎。
振動(dòng)時(shí)效工藝在國內經(jīng)二十余年的研究應用,許多企業(yè)都在一些重要的基礎部件中應用了振動(dòng)時(shí)效技術(shù)。
1.哈爾濱電機廠(chǎng)制造的大型電站設備中的發(fā)電機機座、端蓋、座環(huán)、水輪發(fā)電機導葉。
2.中國第一重型機器廠(chǎng)制造的軋鋼設備中的焊接結構件,大型鍛造轉軸。
3.大連機床廠(chǎng)生產(chǎn)的組合機床床身焊接件和CD6140普通車(chē)床鑄造床身。
4.鐵道部大連機車(chē)廠(chǎng)生產(chǎn)的東風(fēng)4D內燃機車(chē)轉向架焊接構件,用振動(dòng)時(shí)效提高疲勞壽命和柴油機機體粗加工后的二次振動(dòng)時(shí)效,防止機體在使用中出現疲勞裂紋。
5.鞍山鋼鐵公司在高爐改造中,一些無(wú)法進(jìn)行時(shí)效處理的大型金屬結構,如爐殼、托圈、拱頂、鋼包回轉臺等。
6.航天領(lǐng)域中的重大項目中的大型金屬結構焊接后用振動(dòng)消除應力。
7.西安理工大學(xué)工廠(chǎng)的產(chǎn)品單晶爐爐殼、爐門(mén)都由不銹鋼焊接制造,不能加熱時(shí)效處理,采用振動(dòng)時(shí)效,即防止了變形,又提高了抗腐蝕能力。
從總的情況來(lái)看,振動(dòng)時(shí)效工藝已被大量地應用,范圍正在擴大