冶金機械產品振動時效技術應用

某公司是一家專業機械制造廠,主要加工制造冶金行業焊接鋼結構件及各類配套機械產品,每年承接鋼結構件約4000噸。通常采用熱時效工藝消除焊接結構件的殘余應力,但公司退火爐爐膛尺寸過小,不能完全滿足大型焊接件的熱時效處理需要,且熱時效工藝難以控制,成本較高,每噸處理費用一千元。經研究分析,公司決定采用振動時效工藝。
工件情況及設備介紹
設備采用聚航科技jh-600a交流振動時效設備,采用高速變頻伺服電機,激振力大、壽命長、時效效果好。
中間罐體是鋼鐵廠冶煉常用備件,重量為22噸,外形尺寸5897*1685*1200mm。該工件需承重60噸,其各部焊縫焊腳尺寸較大,四周各支撐耳軸焊后要求同軸誤差<3mm,工件各截面主要焊縫均存在較大焊接應力。
振動時效工藝
工藝方案分析
其結構較形式綜合了方箱體與梁形體的特點,且重量較重,為使振動時工件各面能獲得足夠大的動應力,在支撐點設置上采用三點固定支撐,激振器安裝位置按“垂直平分線法”設置,激振器因設在遠離支點的波峰處,其偏心輪旋轉面平行于支點的平面,使工件上下兩面呈剪切運動的共振,對工件垂直面及上下平面焊縫均能產生較大動應力,加速度傳感器放置在邊長較長的一邊,以獲得高的振動信號。
振動工藝采取多點、多頻施振。以多點施振的變換激點位置,在振動過程中,每個截面通過不同振型產生大振幅的亞共振;多頻施振在同一激振狀態下,采用不同頻率進行振動,以確保工件在高頻、低頻振動后殘余應力完全趨于平衡狀態,較終**較佳振動效果。
工藝實施和操作
將工件按工藝方案支撐后,安裝設備并將激振器偏心角調至20°,設備進行振前自動掃描確定共振頻,轉速上升至約3500r/min后,加速度78m/s2出現共振峰,后加速度曲線出現不規則狀態,調整偏心角至30°,支點向工件中心內移,轉速升至2609r/min,出現共振峰,完成振前掃描,進入亞共振狀態,振動中通過撒沙法觀察,沙子聚集形狀符合彎振型形狀,轉速穩定在2590r/min左右,振動35min后,系統自動進行振后處理,打印出處理曲線圖。從圖上顯示的工藝數據及振后曲線較振前曲線明顯右移,符合振動時效國家標準的曲線檢測法。然后根據工藝方案依次進行多頻、多點振動。
應注意的幾個問題
1.發生強迫共振:隨著振動頻率的升高,電機電流一直上升無下降趨勢,這時即發生了強迫共振,這種現象一般是由被振工件的重量太小而剛性又太大所導致。
2.找不到共振區:在掃頻過程中發現隨著頻率的升高,電樞電流也緩慢增加,但是電流并不大,直到掃頻結束加速度始終在增加并很小,這種現象一般都是由于工件的固有頻率**出設備的控制頻率范圍。
如果發生以上情況,可以通過實驗的方法解決。反復改變激振力和支撐點以及激振器的裝卡位置;采用懸臂的方法(將工件一端固定,激振器裝卡在另一端的方法),采用組合振動法(將多個工件剛性連接在一起可以降低工件的固有頻率)。
結論
在鋼結構焊接件、鑄件及機械加工件上應用振動時效工藝處理后,工件應力平均可下降50%-70%,符合振動時效國家標準,可達到時效目的。
振動時效技術可替代熱時效工藝,操作簡單,可節約大量生產成本,減少污染,縮短處理周期。
南京聚航科技有限公司專注于應變儀,殘余應力檢測儀,殘余應力消除設備等

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