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南京振動時效船廠大型工件的方法介紹
發布者:admin 發布時間:2019-4-18 閱讀:506

    南京某船廠船體車間輸送輥道設備是大型鋼結構焊接件,是造船的咽喉設備。該設備的最大工件長度達20多米,單件重量達30多噸,工作時承受的載荷為80噸。制造加工該設備時,由于大型鋼結構焊接件內部存在著焊接殘余應力,這些殘余應力在加工、裝配、運輸及使用過程中,使工件變形、斷裂、加速應力腐蝕,損害設備的幾何精度,降低設備的使用壽命,甚至完全喪失使用價值。
    因此,這些焊接殘余應力必須想辦法降低或消除·傳統的方法是采用熱退火的方法去消除有害的殘余應力,但這種方法有許多缺點:耗費大量能源,成本高、工時長、產生氧化皮、降低工件的剛度和耐疲勞性。特別是大型復雜工件,沒有那么大的爐子,無法退火·即便是有大爐子.由于工件形狀復雜,以及各處厚度不均》有些工件采用二種以上不同材質做成,就會產生新的熱應力,達不到預期的要求。所以對大型鋼結構焊接件的去應力可采用國內外先進的應力消除新方法一一振動去應力法。
2振動去應力法簡介
    南京振動時效利用共振原理,以機械能量代替傳統的熱退火,消除金屬工件內部的殘余應力,穩定鑄件、焊接件和其他工件的尺寸,它具有節省能源、成本低廉、設備簡單、節省工時、用途廣泛等優點。該法實質是以振動的形式給工件施加一個動應力,當動應力與工件本身的殘余應力疊加后,達到或超過材料的屈服極限時,工件就會發生微觀或是宏觀的、局部或是整體的塑性變形》從而減低并均化工件內的殘余應力,并使其尺寸精度達到穩定·
3大型鋼結構件振動去應力方法
3,1振動去應力過程分析
    用一定的激振力對具有殘余應力的工件進行南京振動時效時,振動所消耗能量主要是用于工件彎曲時的周期振動,其次另一小部能量是用于克服工件的內摩擦阻力。工件內殘余應力越大,則內摩擦阻力就越大,反之,內摩擦阻力越小。
    試驗證明:南京振動時效只有在外界周期運動的頻率與工件固有頻率相一致時,也就是“共振”時,振動去應力效果才最為理想。在共振條件下,可用最小的振動能量,使工件產生最大的振幅,得到最大的附加應力(動應力).此時所消耗的能量僅為非共振狀態下的2—5x103數量級分之一左右,從而使工件中的殘余應力消除得較完全,也就使得工件的尺寸穩定性較為理想·例如,南京振動時效機我們在試驗中發現》對于船廠三十幾噸重的大型鋼結構焊接件輥道,如果在共振峰以上6500轉/分(電機轉數)振動,其殘余應力值僅下降1一3%,甚至根本沒有下降,在5000轉/分時,殘余應力下降10一15‰在共振峰4150轉/分時.殘余應力下降50%。如圖1所示·這說明振動去應力法必須在共振下振動的道理。
3.2振動去應力工藝參數的確定
3,2.1工件固有頻率的測定
    工件的固有頻率通過理論計算是十分困難的,因為大型鋼結構焊接件不是簡單的均質梁或是均質厚板件,絕大部分工件都是由許多個尺寸各異的小工件組成的復雜工件。因此計算起來誤差大,難度大·所以通常是用試驗或用專用儀器來測得工件的固有頻率。
322振動方向和位置等參數的選擇
    經過大量試驗和實踐得出:(如表]所示)一一一雙方向(平面)振動或是三向(體積振動)比單向振動能夠較多地降低殘余應力,在短時間內顯示它的優越性,對于復雜大型工件更是如此:一一多點振動:我們對船廠輥道一底架做了試驗,振動應力為7kmm2,瀲振器在每個位置上是45分鐘·固有頻率是120H乙采用磁測法,對底架各點所測得的振前(原始應力)與振后的殘余應力值進行了對比(趨向對比),由此看出,在距檄振器近的地方,則應力峰值下降了大約30一50‰而在距激振器遠的地方,則殘余應力降低20一30%,不夠明顯。所以,對于大型鋼結構焊接件,必須把激振器安放在多點處振動;
    多個共振峰下振動:對于大型鋼結構焊接件,一般都有二個以上的共振峰·我們做過多次試驗,工件產生二個以上的共振峰,并不是工件的分頻振動。而是工件由幾個分部件組合而成,有些頻率是分部件的固有頻率。但這些共振峰中總有一個是整個工件的固有頻率。
    試驗證明:在多點、多個共振峰下振動,比在單點或一個共振峰下振動,對殘余應力值下降得更加充分。
表1振動方向對殘余應力松弛的影響
沿振動方向的應力下降百分數(%)動時間
(分)

30
55
垂直Y向水平X向橫向Z向在多點、多個三向(X,Y,Z)
30
45
]0

25
5
]0
20
30
60
共振峰下振動
35
55
65
振動參數為:頻率120Hz,振幅IM
3.23動應力的選擇
    動應力就是激振器附加給工件的動態應力這種動應力與工件內部原始的殘余應力(on)相加,二者的代數和大于或等于工件本身的屈服極限(os)時,就可造成工件的局部或是整體的塑性變形,這樣就可以松弛、均化和消除工件內部的殘余應力,提高金屬基體的抗變形能力.這也就是使工件尺寸穩定性的關鍵。
    從實踐以及國外資料得到》對大型焊件:。。殘=舊0一0.35左右,殘余應力一般都在20Kmm2左右,有的甚至更高(30K刨mm2以上所以,對于大型焊件的動應力選在5一10Kinm2范圍內,都可獲得最佳效果》而且不會產生工件的疲勞·如圖2所
3.3振動去應力效果的判斷
    對大型鋼結構件采用振動時效設備法、選用合理的工藝參數進行振動去應力后,其振動去應力效果可用如下方法判定:
3.3.1:殘余應力的消除和均化程度:可采用磁測法、盲孔法、光彈性法,或者是X光法,把振動前后的工件內部殘余應力值測量出來,據此來判定產品經振動去應力后是否達到技術要求(焊件各處的殘余應力安全使用值為10kgf/mm2).
3、3.2尺寸精度稔定化效果:可采用水準儀和經緯儀對設各基本段最高母線平面度和工件平行度進行測量。如結論合格,說明產品經振動時效儀去應力處理后尺寸是穩定的,其最終效果是好的。
4總結
振動去應力是一項新技術.它取代傳統的退火工藝,在船廠大型鋼結構中使用證明是一種行之有效的方法。
振動去應力法能消除零部件的殘余應力,使之滿足使用要求。
振動去應力成本低,效率高,工藝簡單,產品質量穩定,無需較大的投入,具有良好的應用前景。

 
 

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