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压轮结构件振动时效去应力工艺研究

分类:消除残余应力    关键词:振动时效去应力

压轮是大型结构件,制造过程是外圆钢板经过卷圆对接焊接,然后对外圆与封口板进行环焊。焊接后,直焊缝和环焊缝附近区域残余应力分布比较复杂;一般压轮工作环境恶劣,由于残余应力释放导致外圆和封口板位置易开裂。压轮结构件尺寸大,焊后热处理难度大,且消耗能量大,成本高,处理工艺不当,易造成弯曲、扭转等不可恢复变形。

本文主要研究压轮构件振动时效去应力工艺,并用盲孔法检测振动时效前后的残余应力值,评估振动时效效果。

试件情况及使用设备

压轮材料为Q345B钢板,孔径外径1400mm,轮宽2100mm,轮边距到内封板500mm。用焊接机进行卷圆直焊缝和封口板的焊接,以CO2气体作为保护气,钢板坡口角度为60°,间隙为1mm左右。

采用聚航科技生产的JH-600A1液晶交流振动时效设备,激振器电机转速为1000-12000r/min,最大激振力为20KN。

振动时效去应力工艺

压轮的支撑;为了保证振动时效能高效地应用于压轮生产,定制了非标平台和夹具?悸巧谧嗪统导洳季郑穸教ǔ叽缥5000mm*2000mm*50mm,一次振动2个压轮。为了避免压轮在振动中破坏,设计V型托架进行弹性支撑。为了保证压轮与V型托架之间不产生相对振动撞击而产生噪音,也不使压轮滑动而导致加速度信号不稳定,V型托架应尽量放置在振动节点处。

激振器的安装;根据压轮自身重量较大和其放置的形式,振动平台做4点支撑,便于环焊缝垂直方向产生足够大的动应力。激振器放置在两轮中间的前方位置上,振动阻力小,容易得到较大振幅的共振。压轮在振动过程中,当动应力与自身残余应力叠加后达到材料的屈服极限时,压轮将发生微观或宏观塑性变形,从而降低或均化残余应力。

激振频率;振动时效设备能够自动选择主振频率和附振频率。通过观察振动前后峰值和振动频率,判断时效效果。

振动时间;由于板材不同批次存在不均匀性,因而振动时效时间有所不同。根据不同批次压轮重量,残余应力的大小及分布等,经验性的选取振动时效时间为30min。

振动时效去应力效果评定

支撑座设计和压轮放置方式

从支撑座的设计和压轮放置方式来分析降低残余应力,以保证振动时效效果。通过应力场分析结果,应力集中的位置主要位于封口板和卷圆板圆周焊缝位置附近卷圆板直焊缝。采用4点支撑,支撑块的宽度尺寸稍大于环焊缝应力集中部位的宽度,其宽度尺寸为60mm。

从激振源激振效果考虑,压轮平放位置在对称布置的4点支撑工装上,保证卷圆边直焊缝在最低端。同时,4点支撑在振动平台上呈矩形布置,保证矩形的轴向对称面与交叉焊缝中面尽量重合,矩形布置的长边沿压轮轴线方向,距离1090mm;矩形布置的短边垂直压轮曲线方向,距离为935mm。

盲孔法测残余应力

振动时效前,选取应力集中的位置,采用盲孔法进行应力测量。选择同一批次振动前的1#2#压轮;尽量选用同一压轮相近位置的残余应力结果进行比较,设计测量位置,振动时效前每个压轮选2个测点,振动时效后每个压轮选2个测点,同时振动时效前后的测量点间距为30mm,不影响到盲孔法的测量结果。

采用JH-30残余竞彩2串1投资计划对1#2#压轮振动时效前A、B、E、F4个测量点进行测量,获得振动时效前的残余应力。根据振动前后残余应力测量结果可见,1#2#压轮振动后的最大残余应力均下降明显。由于并不能对振动时效前后同一点进行测量,但测量位置间隔30mm,振动时效效果仍比较可信。

结论

1. 焊后焊缝位置附近残余应力大,峰值为338.6MPa。起弧位置的应力小于收弧位置,封口板焊缝与卷圆板交叉位置的残余应力呈下降趋势。

2. 设计支撑采用4点支撑,支撑块宽度为60mm;4点支撑在振动平台上呈矩形布置,保证矩形的轴向对称面与交叉焊缝中面尽量重合。

3. 对比振动时效前后的残余应力来评估振动时效效果,结果显示振动时效后的压轮最大残余应力明显下降。


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