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                    鋁合金炮塔振動時效工藝應用

                    分類:消除殘余應力    關鍵詞:振動時效

                    振動時效工藝是機械制造過程中常用的一種消除殘余應力方法,是通過振動使工件內部殘余的內應力和附加的振動應力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候,使材料發生微量的塑性變形,從而使材料內部的內應力得以松弛和減輕。而本文主要是研究振動時效工藝在鋁合金箱形構件上的應用。

                    本次實驗選取3門鋁合金炮塔作對比試驗,其中1件采用熱時效,2件采用振動時效,對熱時效前、后,振動時效前、后進行殘余應力測試,對比分析兩工藝效果。

                    試件分析

                    試件主體結構主要由鋁合金平板拼焊而成,外形尺寸約為2452mm*1843mm*560mm,板材厚度有18、20、30、40、45mm等規格,材料為LC50,焊縫采用雙面焊,V型接頭焊縫為主,圍板部分共27條焊縫,焊縫坡口尺寸較大,*大寬度達到22mm以上,深度達到15mm以上,金屬填充量大,較長焊縫和橫向焊縫的應力集中較大。

                    試驗步驟

                    1. 采用盲孔法測試分別測試A試件熱時效前殘余應力,B、C試件振動時效前殘余應力;

                    2. A采用熱時效消除焊接殘余應力,B、C采用頻譜諧波振動時效消除焊接殘余應力;

                    3. 采用盲孔法測試A試件熱時效后殘余應力,測試B、C試件振動時效后殘余應力;

                    4. 進行實驗數據對比分析。

                    振動時效工藝過程

                    試件支撐和激振器的裝夾

                    試件支撐時應使激振力盡量被試件吸收而不至于被傳導至地面流失。原則上,支撐點越少越好,面積越小越好。實踐得出箱形構件采用3點或4點支撐為較佳方式。試件支撐采用3個橡膠墊支撐,間隔約120°,激振器夾持于2點之間。

                    振動時效參數選擇

                    儀器采用聚航科技生產的JH-700智能頻譜交流振動時效設備,激振器采用高速變頻伺服電機,功率1.5KW,電壓220V,轉速1000r/min,偏心調整為160.

                    處理過程應保證5個諧波頻率加速度有2個或2個以上在30-70m/s2之間。實際振動時轉速為4680,5100r/min時加速度值在30-70m/s2之間,5個頻率共處理40min。

                    殘余應力檢測

                    儀器采用聚航科技生產的JH-30殘余應力檢測儀,是盲孔法專用測試儀器,需搭配JHZK鉆孔裝置使用。測試時,用箔式應變片粘貼在測試點的表面,在應變片中心鉆一個小孔,使試件測試點處產生局部應力釋放,應變片感受出釋放應變,儀器直接顯示出在孔深范圍內的平均主應力及相關參數。

                    試件為中軸對稱結構,所有檢測點均布置在中軸線一側焊縫上。

                    檢測時,A進行熱時效前和熱時效后1-4點為檢測;B進行振動時效前和振動時效后1-4點為檢測;C進行振動時效前和振動時效后1、3、5點為檢測(5點為3點對稱位置)。

                    殘余應力數據分析

                    鋁合金炮塔.png

                    1. 試件A為熱時效工藝,其中A-1點*小主應力σ2由拉應力變為壓應力,A-2點主應力σ1時效前后變化不大,A-3點主應力σ2熱時效后由壓應力轉為拉應力,A-4點*大主應力σ1熱時效后增加較多??梢钥闯?,熱時效對試件各條焊縫的影響各有不同,這是由于試件焊縫較多,受熱后應力重新分布所致。

                    2. 試件B和C均采用振動時效處理,其中除B-1點變化不大,振動時效對試件應力水平的均化效果比較明顯,尤其是對較長焊縫(B-3和C-3,C-5)的*大主應力σ1以及試件B和C的*小主應力σ2的降低效果明顯。

                    3. 試件A熱時效前*大主應力σ1位于-51.4-105.2MPa,應力范圍為156.6MPa;熱時效后*大主應力σ1位于0.4-77.1MPa,應力范圍為76.7MPa。試件B振動時效前*大主應力σ1位于-58.7-60.4MPa,應力范圍為119.1MPa;振動時效后*大主應力σ1位于-1.9-67.7MPa,應力范圍為69.6MPa。試件C振動時效前*大主應力σ1位于-8.4-75.6MPa,應力范圍為84MPa;振動時效后*大主應力σ1位于9.8-35.2MPa,應力范圍為25.4MPa。

                    4. 振動時效后*大主應力σ1平均值為28.8MPa,熱時效后*大主應力σ1平均值為31.2MPa。

                    5. 二者除個別情況有上升外,熱時效殘余應力絕對值下降同向比較位于60%-93.1%,振動時效殘余應力絕對值下降同向比較位于53.4%-96.7%;振動時效后*大主應力σ1分布在-1.9-67.7MPa和9.8-35.5MPa,而熱時效后*大應力σ1分布在0.4-77.1MPa。從這方面比較,振動時效工藝優于熱時效工藝。

                    結論

                    1. 在鋁合金箱形焊接構件上,振動時效工藝和熱時效消除殘余應力效果相當,平均下降率為53%以上,因此振動時效工藝可替代熱時效。

                    2. 振動時效工藝具有時間短、成本低、不受場地限制、不氧化工件等優點,是一種成本低、效率高的時效處理方法;

                    3. 應用振動時效工藝,對于生產廠家降低生產成本、提高加工精度和生產效率具有重大意義,能夠產生顯著的經濟效益。


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