前言
國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐和研究表明，振動(dòng)時(shí)效是一種介于自然時(shí)效和熱時(shí)效兩者之間的時(shí)效方法，經(jīng)過(guò)一年自然時(shí)效的工件，殘余應(yīng)力僅下降2-10％ ，但是卻較大地提高了工件的松弛剛度。因而工件的尺寸穩(wěn)定性好，然而因時(shí)間較長(zhǎng)，一般不采用。熱時(shí)效通常認(rèn)為可以消除殘余應(yīng)力為70-80％，我國(guó)若干廠家熱時(shí)效消除殘余應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，實(shí)際生產(chǎn)中，熱時(shí)效消除殘余應(yīng)力為20-60％，而且能耗大、成本高，振動(dòng)時(shí)效可以消除殘余應(yīng)力20-50％，比熱時(shí)效低，但比自然時(shí)效高，主要是降低殘余應(yīng)力峰值；它和自然時(shí)效一樣，能提高工件的松弛剛度，而熱時(shí)效能則工件的松弛剛度下降。因而振動(dòng)時(shí)效工件的尺寸穩(wěn)定性與熱時(shí)效工件相當(dāng)。此外，振動(dòng)時(shí)效還具有投資小，生產(chǎn)周期短，節(jié)約能源，降低成本等優(yōu)點(diǎn)。
我公司從1981年開(kāi)始采用振動(dòng)時(shí)效，對(duì)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的焊接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效處理。十余年的實(shí)踐證明，振動(dòng)時(shí)效處理后的電機(jī)結(jié)構(gòu)件能滿足尺寸穩(wěn)定性要求，未出現(xiàn)影響電機(jī)安裝和使用的情況，我們?cè)?jīng)用盲孔法對(duì)1250KW柴油發(fā)電機(jī)機(jī)座和端蓋進(jìn)行振前、振后殘余應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明機(jī)座和端蓋的殘余應(yīng)力降幅的平均值分別為33.2％ 、34.3％。由于我公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，水輪機(jī)結(jié)構(gòu)件的外形尺寸越來(lái)越大，加工周期越來(lái)越短，為滿足生產(chǎn)需要。我們對(duì)某型水輪機(jī)座環(huán)進(jìn)行了振動(dòng)時(shí)效工藝試驗(yàn)和振前、振后殘余應(yīng)力測(cè)試。
2、振動(dòng)時(shí)效工藝過(guò)程：
2.1振動(dòng)時(shí)效設(shè)備：
1）控制箱：SSIN100A型
2）激振器：功率2.2KW，最大激振力35KN，最高轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/分
2.2工件支撐位置和激振器裝夾位置：工件上環(huán)朝下、下環(huán)朝上水平放置于專用支撐墊上，對(duì)座環(huán)共振三次，第1次激振器裝夾在上環(huán)，第2、3次振動(dòng)在下環(huán)。
3、應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)位置：
本次應(yīng)力測(cè)試采用磁測(cè)法，分別檢測(cè)振動(dòng)時(shí)效前、后的應(yīng)變電流變化，根據(jù)應(yīng)力測(cè)試的要求，測(cè)試點(diǎn)均選在座環(huán)上焊縫的焊趾處，分7個(gè)區(qū)（每個(gè)區(qū)測(cè)2個(gè)點(diǎn)），共選取14個(gè)測(cè)點(diǎn)。
振前、振后應(yīng)變電流：
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測(cè)點(diǎn)
序號(hào)
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振前電流值（mA)
|
振后電流值（mA)
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|
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I0
|
I0
|
I0
|
I0
|
I0
|
I0
|
|
1
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-0.64
|
0.08
|
0.79
|
-4.84
|
-2.85
|
-4.5
|
|
2
|
-2.64
|
-3.36
|
-2.64
|
-4.6
|
-4.57
|
-5.87
|
|
3
|
-3.80
|
-3.87
|
7.87
|
-3.3
|
-2.6
|
-2.9
|
|
4
|
-4.65
|
-3.24
|
-2.69
|
-4.7
|
-4.6
|
-3.35
|
|
5
|
-5.18
|
-3.80
|
-4.35
|
-4.41
|
-4.25
|
-4.44
|
|
6
|
-4.7
|
-5.36
|
-7.4
|
-3.54
|
-3.47
|
-4.8
|
|
7
|
-4.58
|
-7.82
|
-7.21
|
-2.99
|
-3.85
|
-5.46
|
|
8
|
-7.14
|
-6.47
|
-8.33
|
-6.56
|
-6.03
|
-5.0
|
|
9
|
1.2
|
0.9
|
-0.33
|
0.53
|
0.26
|
1.00
|
|
10
|
1.37
|
1.6
|
-0.92
|
1.11
|
0.40
|
1.16
|
|
11
|
-2.88
|
-2.55
|
-2.04
|
-2.66
|
-2.18
|
-3.88
|
|
12
|
-4.94
|
-4.94
|
-5.87
|
-3.47
|
-4.33
|
-3.43
|
|
13
|
-1.67
|
-0.59
|
-1.12
|
-0.78
|
-0.88
|
-0.83
|
|
14
|
-3.58
|
-1.84
|
-2.61
|
-1.63
|
-1.25
|
-2.59
|
3.3應(yīng)力測(cè)試的方法與結(jié)果：
3.3.1應(yīng)力測(cè)試的方法：
本測(cè)試使用三維應(yīng)力分布磁測(cè)儀，通過(guò)傳感器和一定的電路將磁導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髁浚ɑ螂妷海┑淖兓?，建立?yīng)力和電流（或電壓）的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)電流量測(cè)量來(lái)確定的內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)力和電流（或電壓）之間不存在單值的函數(shù)關(guān)系，但在平面應(yīng)力的狀態(tài)下，主應(yīng)力方向輸出的電流差和主應(yīng)力差有單值得線性關(guān)系，其表達(dá)式：
（I2-I1）=a（σ1-σ2）……（1）
其中：I1¬—最大主應(yīng)力方向電流輸出值，mA ;
I2—最小主應(yīng)力方向電流輸出值，mA ；
σ1—最大主應(yīng)力，Mpa
σ2—最小主應(yīng)力，Mpa
a— 靈敏系數(shù)，mA /Mpa
主應(yīng)力方向未知時(shí)，可用下列公式確定主應(yīng)力方向角和主應(yīng)力差；
θ=
tg-1（I0 、I45、I90) ……（2）
（σ1-σ2）=（I90-I1）/acos2θ……（3）
式中：0—最大主應(yīng)力方向和X軸夾角；
I0、I45 、I90分別為0°、45°、90°三方面電流輸出值mA
對(duì)此工件測(cè)試應(yīng)力時(shí)，選擇測(cè)量深度為1.96mm，探頭尺寸為10×10mm2.。所測(cè)應(yīng)力的平均應(yīng)力。
4、應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析和結(jié)論：
4.1結(jié)果分析：從應(yīng)力測(cè)試結(jié)果可知上環(huán)縫振后應(yīng)力降低幅度大于角焊縫。振前導(dǎo)葉與上環(huán)角接處凸型焊縫應(yīng)力最大，但振后應(yīng)力水平一般在2/3σS附近。]]
4.2測(cè)試結(jié)論：測(cè)量層深1.96mm的平均應(yīng)力較為全面地反映整個(gè)機(jī)座焊縫處的宏觀殘余應(yīng)力水平。振后整體應(yīng)力比較均勻，一般在140Mpa—170Mpa區(qū)域，整體應(yīng)力消除率在36％左右，滿足JB/T5926-91標(biāo)準(zhǔn)。
綜合上述情況，振動(dòng)時(shí)效能解決水輪機(jī)大尺寸零件的消除應(yīng)力，保證金加工后工件尺寸相對(duì)穩(wěn)定的要求。
