304L大底板振動時效工藝應(yīng)用

振動時效是一種常溫時效工藝，可降低金屬結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力峰值，分布均化，從而提高尺寸穩(wěn)定性。對于有抗氧化要求，有低溫相變的材料以及超大型、易產(chǎn)生熱處理變形的構(gòu)件，振動時效具有熱處理無法比擬的優(yōu)勢。

本次實(shí)驗(yàn)采用振動時效工藝消除304L大底板焊接殘余應(yīng)力。同時，通過對大底板進(jìn)行振前、振后殘余應(yīng)力測量，定量了解振動時效工藝過程中的應(yīng)力狀況、殘余應(yīng)力的變化及最終的應(yīng)力狀況，研究振動時效工藝的有效性。

振動時效工藝方案

振動工件為304L圓形大底板，設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JH-200A液晶全自動振動時效設(shè)備。

理論上，只要動應(yīng)力足夠大，被振底板在任何振動頻率下就能達(dá)到均化殘余應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的效果，但由振動理論可知，在工件的共振頻率下進(jìn)行振動，振動處理時間短，時效效果好，能量消耗也最小。同時，也要避免因局部動應(yīng)力集中而造成底板的開裂破壞。根據(jù)底板的形狀和構(gòu)造確定兩種振動方式來對底板進(jìn)行共振處理：鼓型振動和彎曲振動。

鼓型振動：將激振器固定在底板的中央空心處，加速度傳感器放在底板邊緣，像擊鼓一樣進(jìn)行振動。

彎曲振動：將激振器固定于底板邊緣，從而使整個底板呈扭曲運(yùn)動。

振動時效工藝效果判定

根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)，對振動時效的效果進(jìn)行工藝曲線分析，并對振前、振后進(jìn)行殘余應(yīng)力測量，定量判斷振動時效效果。同時，進(jìn)行動應(yīng)力經(jīng)驗(yàn)方程判定。

曲線分析

工藝曲線主要考慮a-t（加速度-時間）和a-n（加速度-轉(zhuǎn)速/頻率）曲線。

當(dāng)a-t曲線由初始不穩(wěn)定態(tài)，經(jīng)數(shù)分鐘處理，進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)后，即認(rèn)為振動工藝有效。

應(yīng)用振動前、后的兩次a-n（加速度-轉(zhuǎn)速/頻率）掃頻曲線進(jìn)行對比。當(dāng)振動后的曲線發(fā)生共振峰頻率變化、峰值上升、峰形變狹窄等，即認(rèn)為振動工藝有效。

圖1、2是大底板兩次振動的工藝曲線及評定效果。表明兩次振動都達(dá)到了效果。

殘余應(yīng)力測量方法

盲孔法殘余應(yīng)力測量是一種定量分析方法，也是目前常用的時效效果評定方法。根據(jù)大底板形狀和確定的振動方案，選取12個典型測點(diǎn)（振前6個、振后6個）進(jìn)行測量。測量結(jié)果表明：振前焊縫最大主應(yīng)力σ_max為83-316MPa，平均值為175MPa。經(jīng)過振動時效后，大底板焊縫最大主應(yīng)力σ_max為74-164MPa，平均值為123MPa，下降率為31%。這說明經(jīng)過振動時效工藝后的殘余應(yīng)力明顯下降，應(yīng)力分布得到一定程度上的均化，大底板的穩(wěn)定性和抗變形能力得到提高。

動應(yīng)力判定

動應(yīng)力曲線可以觀察到動應(yīng)力的瞬態(tài)值，并根據(jù)波形的包絡(luò)線獲得動應(yīng)力的動態(tài)測量電壓幅值，通過靈敏度換算及線彈性應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，求得動應(yīng)力值。試驗(yàn)中，對304L大底板18個點(diǎn)進(jìn)行動應(yīng)力測量，動應(yīng)力幅值為10-18MPa。一般認(rèn)為當(dāng)動應(yīng)力大于10Ma時就可以獲得消應(yīng)力效果。運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算：在動應(yīng)力為10-20MPa條件下，振動為5-20萬次時【由（2800-4000）r/min*（15-60）min求得；包括掃頻時間】，其殘余應(yīng)力下降量可以達(dá)到33-68MPa。這個計(jì)算的下降幅度與304L大底板實(shí)測的39MPa（縱向應(yīng)力）-55MPa（最大主應(yīng)力）平均下降幅度范圍接近。

結(jié)論

1. 根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用工藝曲線和掃頻參數(shù)進(jìn)行振動時效工藝效果評定，證明工藝有效。

2. 應(yīng)用盲孔法殘余應(yīng)力測量，結(jié)果顯示：經(jīng)過振動時效，304L大底板的最大殘余應(yīng)力σ_max平均值由175MPa下降到120MPa，消除率為31%，也說明工藝有效。

3. 應(yīng)用動應(yīng)力判據(jù)進(jìn)行工藝效果評定，采用多次多頻振動，可獲得10-28MPa的動應(yīng)力和5-20萬次的作用次數(shù)，估算殘余應(yīng)力下降量為32-86MPa進(jìn)一步說明振動時效工藝效果有效。