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                    挖掘機動臂焊接應力消除方法

                    分類:消除殘余應力    關鍵詞:焊接應力消除

                    以往焊接應力消除方法大多采用熱處理,但這種方法耗能大、成本高,且大型或者復雜形狀結構還需專門的熱處理爐?,F在需要對挖掘機動臂進行焊接應力消除,其長6.45m,寬1.6m,重2.37t,如果采用熱處理消除殘余應力是相當困難的。所以需要尋找其他替代方法。振動時效工藝具有投資少、節約能源、效率高等優點,特別適用于大型構件。

                    本次實驗先對小試板進行振動時效的基礎上,以大型的焊接構件作為試驗對象,采用快速、無損的磁測法測定殘余應力分布。

                    動臂是挖掘機工作裝置中的關鍵結構,由于要承受較大的工作載荷,因此在內部加了許多筋板,以增大剛性,整個動臂經過多次拼接、焊接而成。主要焊縫有上下蓋板和側板間的焊縫1,側板和中梁圓套筒之間的圓形焊縫2。焊縫1采用co2氣體保護焊,焊絲是H08MnSiA,Φ1.6mm,電流260-300A,焊速6.6mm/s。焊縫2采用手工電弧焊,焊前預熱100-150℃,焊條是結506,Φ4mm,焊接電流是160-190A。動臂所使用的材料是16Mn鋼。

                    通過對動臂進行強度分析,確定在使用過程中,中梁附近是危險的截面段。所以,選擇該截面段內的兩個截面進行殘余應力檢測,了解其殘余應力分布狀況。采用磁測法測殘余應力,所使用的設備是聚航科技生產的JH-60三維應力磁測系統。

                    小試板振動消除應力

                    在對動臂消除應力前,先對小試板進行振動時效,觀其在平臺振動的情況下,殘余應力的變化情況,另外,改變振動時間,觀其效果。

                    試板是由兩塊16Mn鋼板對接而成,采用埋弧自動焊,焊接規范如下:開坡口的一面先焊,電流550A,焊速6.9mm/s;未開坡口面焊接電流為580A,焊速6.8mm/s。

                    為了驗證振動時效效果,要分別檢測振前、振后殘余應力數值。

                    將小試板固定在平臺上,在合適的共振頻率下振動15min、35min、50min。根據峰值處的下降率可以證明,振動時效可以消除殘余應力。比較不同振動時間后的效果,殘余應力分布是相似的,振動時間35min效果*好。

                    動臂焊接應力消除

                    振動消除殘余應力的效果是與許多因素有關的,如振動頻率、時間、動應力值,結構支撐方式、激振器位置。動臂是一個大型結構,剛性大、重量也大,若將其平躺在地上,無法達到*大限度地降低殘余應力的目的。另外,從動臂工作中實際受力狀態考慮,可采用以下支撐方式。

                    挖掘機動臂.png

                    E、F分別是正對激振器下和中梁孔下蓋板中部的點,在E、F點貼應變片,以監測動應力值及振動頻率。

                    啟動電機,并在合適的共振頻率(65HZ)上振動30min,E和F的動應力值分別為12.9N/mm29.3N/mm2。振動過程中,觀察電機參數變化,發現激振器電樞電流有明顯的下降,說明殘余應力降低了。

                    振完后再測定其殘余應力,分析對比振前、振后殘余應力數值,可以看出峰值處的殘余應力下降了。

                    動臂中殘余應力的分布及成因

                    對動臂Ⅰ測區的點,縱橫向殘余應力都是拉應力,縱向殘余應力在焊縫附近較大,甚至超過了屈服極限,橫向殘余應力較小。造成這樣殘余應力分布的原因是由于焊縫1和焊縫2相距較近,共同收縮,導致兩焊縫之間縱橫向殘余應力都成為拉應力。對于Ⅱ測區的點,縱向殘余應力在焊縫處也達到屈服。從焊縫1向里,由拉變壓,又變成拉,而橫向殘余應力數值變化不大,這與一般較寬的板在兩邊堆焊時,殘余應力分布情況相似。

                    振動規范的選擇及振動結果

                    振動頻率:殘余應力對共振振動很敏感,因為此時能量大,振動時間短,國內外推薦100Hz以下的共振點。

                    振動時間:應分成兩種情況來考慮。若動應力較小,許多試驗都證明以30min為*佳。若動應力較大,振動時間不宜過長,振動循環的有限幾周內殘余應力便下降到一定水平,以后再循環,清除殘余應力的效果就不明顯。

                    振動動應力:振動過程中,動應力的選擇很重要。從能量輸入的觀點看,它與輸入的能量有關。從力學角度看,動應力越大,與殘余應力相迭加,塑性變大,消除應力效果好。但過大的動應力,且振動時間較長時,會對結構造成疲勞損傷,基于這個原因和廠家出于安全可靠的要求,在本文中,對承受動載的挖掘機動臂振動時,選用了小于20N/mm2的動應力。

                    從殘余應力分布圖可以看到,振動確實可以消除部分殘余應力,峰值處的殘余應力有所下降,個別點的殘余應力有所上升,這是由于應力重新分布造成的。

                    結論

                    1. 用磁測法測出了動臂中的殘余應力分布,振動時效前應力水平是較高的,處理后明顯降低和均化。

                    2. 對給定的對接試板進行振動,峰值殘余應力有所降低,*佳時間為35min。對動臂進行振動,峰值應力也有所下降,個別點的殘余應力有所上升,但幅度很小。

                    3. 對結構進行振動時,動應力不宜過大。當動應力較大時,振動時間不能太長,否則會對結構造成疲勞損傷。

                    4. 振動對穩定結構尺寸是不容懷疑的,可以應用到工程中。


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