振動時效工藝的簡單程序
振動處理技術又稱做振動應力,在我國又稱做振動時效。它是將一個具有偏心重塊的電機系統(稱做激振器)安放在構件上,并將構件用橡皮墊等彈性物體支承,。通過控制器起動電機并調節其轉速,使構件處于共振狀態。約經20~30分鐘的振動處理即可達到調整殘余應力的目的。
圖中的振動測試系統和應變(或應力)測試系統,是在做振動時效工藝時,用來測幅頻特性曲線、監測動應力幅值及其變化的。
可見,用振動調整殘余應力技術是十分簡單和可行的。
二、振動時效工藝特點
振動時效之所以能夠部分地取代熱時效,是由于該項技術具有一些明顯的特點。
1、機械性能顯著提高
經過振動處理的構件其殘余應力可以20%~80%左右,高拉應力區的比低應力區大。因此可以提高使用強度和疲勞壽命,降低應力腐蝕。
可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的發生。
可以提高構件抗變形的能力,穩定構件的精度,提高機械質量。
2、適用性強
由于設備簡單易于搬動,因此可以在任何場地上進行現場處理。它不受構件大小和材料的限制,從幾十公斤到幾百噸的構件都可使用振動時效技術。特別是對一些大型構件無法使用熱時效處理時,振動時效就具有更加突出的優越性。
3、節省時間、能源和費用
振動時效只需30分鐘即可進行下道工序。而熱時效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、電等能源。因此,相對于熱時效來說,振動時效可節省能源90%以上,可節省費用90%以上,特別是可以節省建造大型燜火窯的巨大投資。
三、振動時效工藝的發展及應用
用振動的方法金屬構件的殘余應力技術,于1900年在美國就取得了專利。但由于人們長期使用熱時效,加上當時對振動應力的機理還不十分明確,且高速電機尚未出現造成設備沉重、調節不便,因此該項技術一直未得到發展和應用。
直到60年代由于能源危機,美國、英國、日本、聯邦德國等國才又開始研究振動時效的機理和應用工藝。特別是到70年代由于可調高速電機的出現,推動了振動應力裝置(VSR系統)的發展:1973年英國制成手提式VSR系統即VCM80,后來美國馬丁工程公司也研制出比較先進的設備LT-100R型VSR系統。法國和蘇聯也分別生產出PSV型和NB型VSR系統。這些比較先進的激振裝置,促進了振動應力工藝的發展和應用。
據統計,目前正在使用的VSR系統約有一萬臺以上。美國采用振動時效工藝的有700多個公司,蘇聯和東歐一些國家也在大量使用,都取得了明顯的經濟效益。許多國家都已將振動時效定為某些機械構件必須采用的標準工藝。在英國幾乎沒有一家公司不使用該項技術的。
振動處理在國外的應用范圍比較廣,被處理構件的類型也比較多。例如:
1、英國一機床公司生產大型精密機床,其床身與立柱要求精度為0.01mm/2m。過去采用熱時效其精度保持性較差,后來改用振動時效,滿足了精度要求,因此現在已將振動時效定為該項產品的標準工藝。
2、英國生產的鋁合金鑄造精密泵體,其尺寸為275×300×150mm,也是用振動時效來保證其精度的。
3、美國PX工程公司,用振動時效來8噸重的焊接結構齒輪的內應力,用以減少焊接裂紋。
4、美國Pont Land電子專業公司,用該項技術處理4噸重的鍛件毛坯。該公司規定鍛件進行三次振動處理:
(1)毛坯(2)粗加工后(3)精加工后。三次處理后即保證了鍛件的穩定性。
5、美國華盛頓鋼鐵公司,對該公司生產的47噸重的剪床座進行振動處理。剪床座是用152mm至203mm厚的鋼板焊成,加強筋厚為38mm至76mm這樣大而重的構件只用40分鐘的振動處理就代替了過去的熱時效處理。
6、美國西北工業公司對2800噸重的海洋鐵塔及1280噸重的鉆井平臺也采用過振動時效處理。
7、英國對陸上井口平臺采用振動時效,井口平臺是由管徑為200mm的鋼管焊成6m×6m×2m管型構架。
8、英國噴氣發動機火焰筒襯里,由于焊后熱膨脹而發生裂紋,報廢率占30%以上,后來采用振動時效工藝,報廢率幾乎為零。