振動時效處理及殘余應力檢測

振動時效是利用其共振的原理，即在激振器的周期性外力的作用下，當所施加給構件的動應力大于或等于材料的屈服極限時，構件內部因焊接等加工過程中產生的約束力即可得到有效的釋放。這時經過振動處理以后所剩余的部分殘余應力就會重新的進行分布，此時再經過一定時間的振動處理，這部分余下的殘余應力就會處于明顯均化狀態，從而可以有效的保證構件的尺寸穩定性。振動時效具有投資少、見效快、無環境污染，節約生產成本等諸多優點。目前，已被我國的機械制造業廣泛的應用，并且收到一定的效果。

受大連華銳重工起重機有限公司的委托，在工廠的生產現場對編號（2010）20225—2型冶金橋式起重機的小車架（材質：Q235B）焊接后進行了振動時效處理，同時進行了振動時效處理前后的殘余應力測試，從而根據實際效果制定出符合生產實際的振動時效工藝規程。

一、        振動時效處理前的殘余應力檢測

為了準確得知振動時效對殘余應力降低的實際效果，需要對小車架振動處理前后的殘余應力分布狀態進行檢測，目前，國內經常采用的是盲孔法，該方法現場操作方便準確即在構件的焊縫處粘貼應變片，從中測得焊縫處的應變數據，經過計算得到該構件的原始應力此次為了更加準確得到數據，我們按標準要求共計選擇10點進行檢測。

二、        振動時效處理

本次工藝試驗使用的振動時效設備是大連環宇振動時效科技開發有限公司生產的zs2008液晶顯示振動消除應力系統，該設備具有手動功能、全自動功能、預置功能、局部預置和時間調整及顯示振動過程中的動態參數曲線等功能，使用靈活、方便、參數直觀可見。

       1、      小車架的支撐

 因為小車架的幾何形狀類似一條長梁形構件，根據振動時效工藝規定支撐在兩側沿長度的九分之二L（長度）處進行四點支撐.

2、      振動時效處理

1）     將小車架支撐好以后，根據其形狀，將激振器用卡具剛性的固定在小車架的上表面減速箱殼體的端部上，先用設備的手動功能進行試振，最后確定是4400 轉左右是該構件的共振頻率。激振器的偏心檔位在3檔時所產生的振幅可以滿足小車架的振動處理要求。故將激振力選定為3檔，拾振器固定在與激振器平行的小車架另一端的直邊角上面。如圖所示

 2）  振動參數的確定

        得知小車架的固有頻率是在4400轉左右，該頻率的前后都為無效頻率段，以此選用設備的預置功能，設定掃頻起始為4100轉，掃頻終止為4500轉，啟動后進入自動程序，快速升速到4100轉時進入掃描狀態。當掃描至4500轉時自動確認小車架的亞共振點，進行自動處理，這樣可以有效的節省工作時間及提高工作效率。

3）  振動時間的確定

        從進入自動處理的振動數據可以看出，前十分鐘以前，小車架的振幅是逐漸下降的，說明經過振動處理以后構件內阻尼在減少，所以振幅逐漸下降。而經過振動十分鐘以后，振幅的變化基本處于穩定狀態（曲線中振幅突然下降是由于小車架下表面中間未焊接造成的），說明構件內部分子的結構趨于穩定，為了保證小車架的振動效果，確定振動時間為25分鐘，這樣可以保證小車架的應力更加均化。

4）  振動曲線的評定

從振動曲線可以看出，振動時效后比振動時效前頻率降低了75轉/分，振幅升高了1.2G，這說明小車架經過振動后的內部特性發生了改變，這符合JB/T5926一2005標準中的6.1條a — T曲線上升后下降，最終變平，及a — n曲線振后共振峰發生了單項特征或組合特征的變化（出現振幅升高、頻率左移）的要求。(附：振動參數曲線圖及標準)

三、        振動時效前、后的殘余應力檢測

在進行振動時效處理之前，我們對小車架進行了殘余應力檢測,

測試數據如表中所示。振動時效處理之后同樣進行殘余應力測試如表中數據所示。應力消除情況如下：

材料物理參數：

   E：0.21GPa

   u:  0.30

測試工藝參數：

孔徑a:1.0mm             r1:2.0mm

r2:4.0mm

 測量數據：（振  前—振后）

1： -242   -118   121   -194    25     87

2： -257   -183   -70   -208   -151    -50

3： -277  -132    115   -143   -186    92

4： -363  -187    -129   -225  -137    -68

5： -706   -265   -120  -256   -115    -45

6： -575   -277    93   -279   -136    53

7： -518   -436    42   -282   -151    20

8： -636   -255    97   -253   -128    56

9： -685   -276    112  -285   -135    68

10： -625   -267    89   -247   -125    28

計算結果

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        б1（MPa）               б2(MPa)     θ    

測點 -----------------------------------  

     振前   振后   消除率%     振前   振后   消除率%

  1：142.70  116.50  -18.36       -33.24   -19.70  -40.74     

  2：193.23  154.99  -19.79       102.60   78.41  -23.57    

  3：168.28  80.02   -52.45       -21.72   -33.88  56.00 

  4：279.26  170.58  -38.92       165.84   94.49  -43.03  

  5：515.64  187.29  -63.68       231.62   85.02  -63.29

  6：379.91  182.69  -51.91       56.14    21.77  -61.22   

  7：351.02  191.70  -45.39       79.60    45.33  -43.06  

  8：421.45  163.99  -61.09       66.18    14.23  -78.50   

  9：452.34  183.70  -59.39       66.05    12.61  -80.90   

 10：415.49  165.71  -60.12       69.42    32.42  -53.30    

平均:331.93  159.72  -47.11       78.25    33.07  -43.16    

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四、結   論：

1、經過振動處理后的機體殘余應力降低了47.11 %，并且振后的各點應力處于明顯的均化狀態，這完全符合JB/T5926一2005標準中要求。

2、振動時效處理的應力消除率高于標準中規定的大于30%的要求。

3、以上振動時效工藝參數選擇合理有效，可以用于生產。