焊接件去应力方法

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焊接件去应力方法

频顺序分别称为：固有频率（基本固有频率）；第二个固有频率……。对于每一个固有频率都有一个确定的位移形态，称为振型，就是说，对应每一个固有频率都有对应的一个振型。
工件的固有频率可用振动时效设备本身来测定，以VSR系列振动时效设备为例，只要按一下控制器面板上的“启动”按钮，整套装置就会在其扫频范围内寻找出被时效工件的固有共振频率，并将固有频率值、固有频率下所对应的工件的大振动加速度值及工件在固有频率周围的振动趋势图打印出来，使操作者一目了然。

图4-2
振动频率一般选择在共振峰，即工件的亚共振区，一般确定在共振峰高度的所对应的频率范围内，如图4-2所示，该工件的固有共振频率为4500r/min，共振时产生的大振动加速度（峰值）为60.0m/s2,则对工件的振动时效频率就确定为工件的振动加速度值在20.0~40.0m/s2区域内所对应的频率。具体的确定方式有两种：
．手动调节。将激振器频率调节到工件固有频率以下100r/min处，即4400r/min，观察控制器上加速度的值，然后再用手动慢慢升速，使加速度值升高在20~40m/s2范围内，具体掌握在多大的频率下，还要看工件的振动情况，若工件在共振状态时振动很激烈，则可选择在范围内，若工件振动不是很激烈，则选择在范围内。
.自动调节。VSR系列全自动控制器会自动地控制整套设备对工件进行频率、振动情况的测定，并给出数据及曲线图，并根据系统自动地确定对工件的振动频率，这一切无需人工干预，而只需按一下自动按钮就可完成。
振动时间的确定
由于各种零件的结构和重量不同，残余应力的大小分布不同，振动时效选用的振动时间也应有所不同。振动时间的长短对振动时效的效果，尤其是获得佳技术和经济效果是有一定的影响的。
除英国的振动时效工艺外，其他包括中国在内的所有国家所选用的都是长时间的亚共振处理方法。
英国的振动时效工艺主要内容是控制器控制激振器的激振频率以一定的速度升高，当升高到工件的固有频率附近时，工件产生共振，这时控制器就控制激振器在工件的共振频率上激振约5000次，然后激振器再以一定的速度升速，若再遇上工件的共振频率，再在这个共振频率下施振5000次，之后，再升速直至升到激振器的高转速极限，之后，再快速扫描一次，这时激振器不再在共振频率处停滞，整个处理过程在很短的时间内就告完结。
其它国家的振动工艺是选择在工件的亚共振区进行较长时间的亚共振处理，在本书的部分中所讲的激振频率的选择就是依据这个原则，那么，究竟选择多长时间为宜呢？经过大量的试验证明，振动消除残余应力大部分是在分钟内完成的，五分钟之后的处理效果已不再明显。为此，我们一般按表4-1原则选择振动处理的时间，经过十几年的证明，基本上能满足振动工艺的要求。

动应力的确定
振动时效过程中，激振器施加给工件以与其周期交变力相对应的动态附加应力。附加动应力与公家原存残余应力叠加后，所造成的局部或整体塑性变形，就能是工件残余应力松弛，均化和消除，并提高金属基体的抗变形能力。这是使工件尺寸精度稳定化的关键。
所以，动应力是振动时效中有决定性作用的参数，它不仅与工件中的原始残余应力值有关，而且与工件被处理后的强化和尺度精度温度化有直接关系。显然，当处理残余应力较小的工件时，只需选用一定的动应力，产生不大的塑性变形，就能使工件材料强化，使不大的原始残余应力处于稳定，而不发生大的翘曲变形。但是，如果工件的残余应力较大，那么就选用足够大的动应力，，使工件产生较大的塑性变形，才能使它的残余应力大幅度降低，使零件的材料得到强化，从而尺寸精度获得稳定。
许多研究和实践证明，用过载系数K所表示的零件原始残余应力和动应力（峰-峰）值之比，即K=动应力/残余应力，能体现振动时效工艺中他们间的依存关系，并能用来鉴定振动时效处理的有效性。资料指出：使工件尺寸精度稳定的K值为0.45左右为宜 。
如果动应力施加的比较小则消除残余应力的效果比较差；如果动应力施加的太大，有可能超过工件的疲劳强度，甚至抗拉强度，引起工件疲劳强度的下降，甚至断裂。
VSR系列振动时效装置的内部软件系统已备自动判定动应力是否合适的功能，如果动应力不够，打印机会自动地打印出让您加大动应力的指令，如果动应力太大，系统会自动关机，避免引起不良后果，并通知操作者来减小动应力，所以使用VSR系列振动时效装置可令您放心。
四、工件的支承位置与激振器的装夹位置的确定
谈到这两种位置的确定，我们先谈一谈工件的振型问题。在本节的部分中，我们谈到工件的固有频率时曾提到过对应工件的任何一个固有频率都对应的一个振型，而支承位置和装夹位置都是依据工件的振型来确定的。

我们经过十几年的实践经验和理论研究，在工件的支承和激振器的装夹方面总结出一下几个基本原则。
当工件长：宽＞3，长：厚＞5时，则认为工件属于梁型件类，橡胶垫应在距端部2/9长度处，激振器卡在中间或一端，传感器洗紧在另一端，如图4-4。



．当工件的长≈宽，长：厚＞5时，则认为工件属于板型件类。可在距端部1∕3长度处放上四个橡胶垫，激振器卡在中间或一端，传感器吸紧在另一端，如图4-5。

．当工件的长≈宽≈高时，则认为工件属方型件类。橡胶垫可采用三点支承方式，激振器放在单支点侧的端部，或工件顶面的中间，传感器放在另一端部，如图4-6。

．当工件为圆环时，橡胶垫在圆环底部采用四个或三个对称支承，激振器夹在两个橡胶中间，传感器放在另两个橡胶垫中间，如图。
．当工件为轴类件时，按梁型件类支撑，若轴的刚性交差，可采用悬挂方式处理。
．当工件较小，属小件类，可采用振动台的方式进行集中处理，但振动台的设计计算比较复杂，采用这种工艺应请有经验的振动时效设计，方能取得较好的时效效果。
．当工件较大，当刚性太强时，可采用定速定时工艺处理。

振动时效对零件尺寸精度的影响
国内外大量试验和实际应用已经证明，振动时效可使工件在长期使用中精度变化量比热时效小，工件尺寸稳定所需要的时间比热时效要短。因此说振动时效对于稳定工件的尺寸精度具有良好的作用。
齐齐哈尔机床厂对C5116A的滑枕的尺寸稳定性做了对比性检测，将9件滑枕静置在陈旧的水泥地面上，每月用合向水平仪检测一次平直性，共观测六个月。
其中02，06，07号滑枕未作任何处理。
01和03，04和05号滑枕采用串接式振动处理。用一阶固有频率激振25分钟后，再用二、三阶共振频率各激振2~5分钟。
08，09号滑枕在550℃热时效并保温6小时后，随炉冷至200℃出炉。
全部试样均在22℃±2℃下分七段（每段桥距200mm），测02导轨的平直性，测量精度2μm/m。对01，03，04和05号试样，在振前、振后各测一次观测其大变形量为24μm，说明振动处理使变形量提前发生。
在六个月的检测中，未时效件共测量144段，振动处理件测量192段，热时效件测量96段。其结果如下：
月大变形为未时效件8μm，振动时效件4.4μm，热时效件4.8μm。
3μm以上变形段数为未时效件30个，占总测量段数的20.8%；振动时效件20个，占总测量段数的10.4%；热时效件有11个，占总测量段数的11.4%。
表3.6和表3.7是CW6163床身尺寸稳定性检测结果。该床身为4500×500×600mm，重量为1.5t。用8件静置半年，每月测其导轨的平直性。每件17个测量段，每段桥距为200mm。
表3.5
未时效件 振动时效件 热时效件
大月变形 μm 14 8 8
测量频数 289 306 204
变形量
6μm以上 频 数 36 8 9
相对频数 12.5% 2.6% 4.4%
变形量
9μm以上 频 数 7 0 0
相对频数 2.4% 0 0
表3.6
未时效件 振动时效件 热时效件
大月变形 27μm 12μm 14μm
测量频数 45 45 30
变形量
6μm以上 频 数 36 8 9
相对频数 12.5% 2.6% 4.4%
变形量
9μm以上 频 数 7 0 0
相对频数 2.4% 0 0
从表3.5和表3.6中可见，热时效和振动时效均可使大变形减少一半以上，且大变形的频数显著降低。如月变形量6μm以上的频数，未时效件是振动时效件的4.8倍，是热时效件的2.9倍。而累计变形就更加明显，变形11μm以上的频数，未时效件是热时效件的7.2倍，是振动时效件的9.6倍。
振动时效和热时效都起着使尺寸稳定而提保持性的作用，而振动时效更优于热时效。这已为国内外大量试验验证而被广泛应用。

常用的几种残余应力测试法
.切割法、套环法：
这两种方法的基本原理是一样的，就是在被测点附近，先贴上应变片，然后再用手锯或铣床，在这一点附近切割出方格线，使之与邻近部分分开以释放残余应力，并用应变片测出应变量，再计算出该点处的残余应力值大小。
.盲孔法：
切割法和套环法具有较大的破坏性，因此目前应用较为广泛的残余应力测试方法是钻盲孔法。钻孔法测量残余应力就是在被测点上钻一小孔，使被测点的应力得到部分或全部释放，并由事先贴在小孔周围的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力。钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较好的精度，因此它已成为应用比较广泛的残余应力测试方法之一。
X射线法：
X射线法测应力的基本原理是，利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象。在弹性应变作用下，引起晶格间距变化，使衍射条纹产生位移，根据位移的变化即可计算出应力来。
X射线法测应力的特点如下：
它是一种无损测试方法。
它测量的仅仅是弹性应变而不包括塑应变（因为工件塑性变形时其晶面间距并不改变，不会引起衍射线的位移）。
被测面直径可以小到1～2mm。因此可以用于研究一点应力和梯度变化较大的应力分布。
由于穿透能力的限制，一般只能测深度在10um左右的应力，所以只是表面应力。
对于能给出清晰衍射峰的材料，例如退火后细晶粒材料，本方法可达10Mpa的精度，但对于淬火硬化或冷加工材料，其测量误差将增大许多倍。
磁测法：
磁测法测量残余应力是近年来发展起来的一种新方法，它具有较大的发展前途，设备简单、使用方便，它不仅可以测残余应力也可以测载荷作用下的应力。在磁场面的作用下，应力产生磁各异性，磁导率作为张量相似，通过传感器和一定电路，将磁导率的变化转为电信号，输出电流（或电压）反映应力值的变化。该方法测量误差与工件表面情况有关。

某厂生产的J31—400压力机的横梁，为焊接结构件，重量为137000kg，轮廓尺寸为2090×2030×1520，为较为典型的方型件。我们在其底面采用三点支撑方式，橡胶垫距相邻的两端面的距离约为该边长度的1/3 。激振器用螺栓拧紧在横梁顶面的中间部位，加速度计吸紧在靠近一侧的中间位置上。如图7-2用VSRDS-08型振动时效装置对其进行扫频处理，测得其固有共振频率为4572r/min即76.2Hz,共振峰高度为32.6m/s2,鉴于该工件刚性较大，我们选择其共振峰值32.6 m/s2的2/3来确定振动频率为4551r/min,振动处理18分钟，VSRDS-08型微机内部的系统就判定为达到效果而自动关机，从随后第二次扫频的数据和曲线图上看，与次扫频的比较，已出现共振频率左移、峰值升高、带变窄三种现象，符合JB/T5926-2005标准中的第4.12条的c、d、e三项验收指标。