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振动时效设备在大型箱体结构件上的应用

南京聚航科技有限公司

2023/4/3 9:27:37

某公司是生产联轴节、减震器和齿轮箱的生产厂家。长期以来,箱体一直是采用退火工艺来消除应力,但对于大型的箱体热时效工艺明显不适用。于是想采用振动时效消除箱体残余应力,振动时效是一项新的消除应力工艺,本文主要是采用振动时效设备消除TJ9804-3A箱体残余应力,通过实验数据判定振动时效效果。

振动时效和热时效工艺对比实验

将两台同种产品分别进行了振动时效和热时效处理,在振动时效、热时效处理前后又都进行了焊缝残余应力检测,对比分析消除应力效果。

被振工件振型的选择

箱体采用三点支撑,激振器装卡在箱体结合面小轴孔上端处。该箱体在实振时出现十字节线,故该箱体振动时效的振型为一阶弯扭振型。

振动频率的选择

箱体实振时,共振峰出现在5890转/分处,为保证该箱体在实振过程中平稳运行、防止实振点移向共振峰后沿,实振时档位又加一档、振动频率选在5637转/分。

激振力的选择

箱体实振时,采用聚航科技生产的JH-200振动时效设备,用1档扫频,2档实振。

振动时间选择

箱体实振时共振峰出现的高频段,故振动30分钟。

实验结果

振动时效结束后,设备会自动打印振幅频率(A-f)曲线图,由图可知,振后的峰值比振前的峰值升高,振后的峰值点比振前的左移,按GB/T25713-2010标准*全符合,这次振动时效合格。

TJ9804-3A箱体焊缝残余应力检测位置,取箱体结合面上的两道焊缝,测点共4点。以下就是残余应力检测结果。

大型箱体结构.png

振动时效工艺效果分析

振动时效的尺寸稳定性优于热时效

由残余应力检测结果可以看出,振动时效后残余应力*大主应力值降低30%-52%,符合GB/T25713-2010标准。

无论采用哪种方法消除应力,其主要目的就是要达到构件尺寸稳定。而通过国内许多实验证明,振动时效件的抗静载、动载变形能力都大大优于热时效件和未时效件,根据资料显示,振动时效的抗静载、动静变形能力比热时效提高33.3%;也就是说,在构件尺寸稳定性方面,振动时效为优。

振动时效可节约能源98%以上

TJ9804-3A箱体热时效处理,从点火到停火共10小时。鼓风机的电机功率5.5千瓦,工作10小时耗电55千瓦•小时;振动时效时,振动时效设备功率为1千瓦,振动1小时,耗电为1千瓦•小时。

在不计燃气耗费的情况下,只计算耗电量,振动时效可比热时效节约98%以上。

振动时效缩短了生产周期

TJ9804-3A箱体热时效耗时间至少为10小时,而振动时间为1小时,提高工效10倍。

振动时效投资少、见效快。

对于JS120以上大箱体,需采用大型退火炉,每件费用约为5000-7000元。而振动时效两次只需两小时耗费两度电。

振动时效替代热时效后大大减少了对大气环境的污染、造福于人类。

箱体进行振动时效时须注意的几点:

1. 被振动处理不允许存在缩孔、夹渣、裂纹、虚焊等严重缺陷;

2. 激振器应刚性地固定在工件的刚性较大处或振幅较大处,便于起振;

3. 振动处理时,应使振动方向垂直于工件承受力的主要焊缝,并使主要焊缝处的动应力*大或较大;

4. 对于大型工件,可单独采用弹性支撑振动处理,对于重量小、刚性大的工件,单独振动不易找到共振点或是峰值太小,这时可采用平台振动。

结论

1. 经过上述两种工艺对比结果证明,在各焊接箱体上使用振动时效工艺来替代传统的退火工艺是*全可行的。

2. 针对不同的工件,制定出合适的工艺方案是振动消除应力方法成败的关键。

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