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動(dòng)臂是由橫梁和動(dòng)臂板等零部件焊接而成,焊接過程中會產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力。而殘余應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度,產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,失去尺寸精度。本次實(shí)驗(yàn)主要是通過振動(dòng)時(shí)效工藝消除動(dòng)臂焊接殘余應(yīng)力,從而提高結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量及壽命。并采用盲孔法檢測振前、振后殘余應(yīng)力數(shù)值,對比分析殘余應(yīng)力分布驗(yàn)證振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力效果。
動(dòng)臂結(jié)構(gòu)及工藝介紹
該結(jié)構(gòu)主要由動(dòng)臂橫梁與動(dòng)臂板等零部件焊接組成,由于較高的焊接熱輸入,橫梁與動(dòng)臂板間的主焊縫發(fā)生焊接變形。為控制焊接變形在機(jī)加工余量范圍內(nèi),在動(dòng)臂焊縫冷卻后需對動(dòng)臂的關(guān)鍵開檔尺寸進(jìn)行矯正。
動(dòng)臂制造的原主要工藝流程為:總拼——焊接——矯正——機(jī)加——檢測——拋丸——油漆——檢測。
采用振動(dòng)時(shí)效后的制造工藝流程為:總拼——焊接——矯正——檢測1——振動(dòng)時(shí)效——檢測2——機(jī)加——檢測3——拋丸——油漆——檢測4。
檢測主要關(guān)注時(shí)效前后尺寸穩(wěn)定性變化以及對比時(shí)效處理前后焊接殘余應(yīng)力的變化;為減少測量誤差,將*一次檢測點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)示,后續(xù)測量均與*一次測量點(diǎn)位置盡量一致。
設(shè)備要求與應(yīng)用
1.JH-300A全功能頻譜振動(dòng)時(shí)效設(shè)備一套。里面有振動(dòng)時(shí)效專用夾具、橡膠墊、激振器等配套設(shè)施。
2.JHMK多通道殘余應(yīng)力檢測儀,由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。儀器軟件式操作,自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力、實(shí)時(shí)保存。
盲孔法殘余應(yīng)力檢測技術(shù)要求如下:
1. 被測表面的處理應(yīng)滿足應(yīng)變測量的技術(shù)要求,用膠水將直角應(yīng)變片準(zhǔn)確地粘貼在測點(diǎn)位置上,并用膠帶覆蓋好絲柵,防止鐵屑破壞絲柵。
2. 在鉆孔時(shí),要保證鉆桿與測量表面垂直,鉆孔中心偏差應(yīng)控制在±0.025mm以內(nèi)。
3. 鉆孔時(shí)要穩(wěn),機(jī)座不能晃動(dòng)。鉆孔速度要均勻且較低,鉆孔速度快易導(dǎo)致應(yīng)變片的溫度漂移,孔周切削應(yīng)變增大使測量不穩(wěn)定。
4. 建議鉆孔深度應(yīng)為(1.0-1.2)D,本試驗(yàn)鉆孔直徑D:(Φ1.0±0.015)mm,深度為(1.5±0.05)mm。
工藝參數(shù)選擇
根據(jù)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)調(diào)節(jié)偏心距與激振位置。將激振器調(diào)整到工件剛性較大且振幅較大處、且使其旋轉(zhuǎn)軸與振型有效區(qū)所在平面平行。經(jīng)試驗(yàn)探索,用手觸摸工件對比激振點(diǎn)在不同位置時(shí)橫梁焊縫處、動(dòng)臂板端部的振幅,最終激振點(diǎn)選擇在動(dòng)臂橫梁裝配孔處,關(guān)注區(qū)域振幅*大。
從0%偏心距開始,以10%為間隔、依次由小到大,每次進(jìn)行全程掃頻,當(dāng)工件出現(xiàn)明顯的共振時(shí),停止調(diào)整偏心距,最終確定偏心距為35%至40%,電機(jī)轉(zhuǎn)速在5175r/min至5587r/min范圍內(nèi),關(guān)注區(qū)域動(dòng)臂橫梁焊縫處振幅*大。
應(yīng)力檢測分析
采用盲孔法檢測振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力的變化,忽略動(dòng)臂板與橫梁主焊縫的焊接接頭位置,每條主焊縫分為6個(gè)區(qū)域,分別用A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L來表示。鉆孔前將各區(qū)域打磨平整、干凈,去除焊渣、飛濺、鐵銹等雜質(zhì),以利于應(yīng)變花粘貼及控制鉆孔深度、精度。選擇盲孔法測試應(yīng)力的專用應(yīng)變花,該應(yīng)變花包含3個(gè)應(yīng)變計(jì),按0°、45°、90°方向分布。應(yīng)變片敏感柵的中心距孔中心為2.65mm,應(yīng)變片絲柵內(nèi)徑為2.5mm。
時(shí)效前后應(yīng)力對比
通過以上數(shù)據(jù)可以看出,振動(dòng)時(shí)效工藝確實(shí)可以降低焊接殘余應(yīng)力,按照GB/T25713-2010《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法》判定要求,本次工藝試驗(yàn)應(yīng)力消除率為45.2%>30%,符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,也滿足企業(yè)相應(yīng)處理的效果要求,故該振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力工藝可在企業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。
應(yīng)力釋放對尺寸的影響分析
考慮到檢測殘余應(yīng)力需輕微破壞、時(shí)間長等因素,除了直接檢測殘余應(yīng)力來衡量振動(dòng)時(shí)效效果外,還可以對動(dòng)臂時(shí)效前后關(guān)鍵尺寸的變化進(jìn)行分析、判斷來衡量振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力效果,利用企業(yè)生產(chǎn)中現(xiàn)有的檢測手段即雙懸臂式三坐標(biāo)對相同試驗(yàn)條件下的時(shí)效處理前后4臺動(dòng)臂進(jìn)行了測量。從測量數(shù)據(jù)可以看出:時(shí)效處理后,由于應(yīng)力釋放所引起的動(dòng)臂的關(guān)鍵尺寸變形量基本都在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)。
結(jié)論
通過該工藝試驗(yàn)研究表明,振動(dòng)時(shí)效這種工藝方法可以降低焊接殘余應(yīng)力,也解決了工程機(jī)械大型焊接結(jié)構(gòu)件焊后不能直接熱處理來消除應(yīng)力的工藝問題;同時(shí)也解決了傳統(tǒng)時(shí)效處理耗能高、污染環(huán)境,部件經(jīng)過熱時(shí)效后變形大、校正困難、成本高等難題,是一個(gè)值得推廣應(yīng)用消除應(yīng)力的新工藝方法。
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