冶金機械產品振動時效技術應用

某公司是一家專業(yè)機械制造廠，主要加工制造冶金行業(yè)焊接鋼結構件及各類配套機械產品，每年承接鋼結構件約4000噸。通常采用熱時效工藝消除焊接結構件的殘余應力，但公司退火爐爐膛尺寸過小，不能完全滿足大型焊接件的熱時效處理需要，且熱時效工藝難以控制，成本極高，每噸處理費用一千元。經研究分析，公司決定采用振動時效工藝。

工件情況及設備介紹

設備采用聚航科技JH-600A交流振動時效設備，采用高速變頻伺服電機，激振力大、壽命長、時效效果好。

中間罐體是鋼鐵廠冶煉常用備件，重量為22噸，外形尺寸5897*1685*1200mm。該工件需承重60噸，其各部焊縫焊腳尺寸較大，四周各支撐耳軸焊后要求同軸誤差＜3mm，工件各截面主要焊縫均存在較大焊接應力。

振動時效工藝

工藝方案分析

其結構較形式綜合了方箱體與梁形體的特點，且重量較重，為使振動時工件各面能獲得足夠大的動應力，在支撐點設置上采用三點固定支撐，激振器安裝位置按“垂直平分線法”設置，激振器因設在遠離支點的波峰處，其偏心輪旋轉面平行于支點的平面，使工件上下兩面呈剪切運動的共振，對工件垂直面及上下平面焊縫均能產生較大動應力，加速度傳感器放置在邊長較長的一邊，以獲得高的振動信號。

振動工藝采取多點、多頻施振。以多點施振的變換激點位置，在振動過程中，每個截面通過不同振型產生大振幅的亞共振；多頻施振在同一激振狀態(tài)下，采用不同頻率進行振動，以確保工件在高頻、低頻振動后殘余應力完全趨于平衡狀態(tài)，最終取得最佳振動效果。

工藝實施和操作

將工件按工藝方案支撐后，安裝設備并將激振器偏心角調至20°，設備進行振前自動掃描確定共振頻，轉速上升至約3500r/min后，加速度78m/s²出現(xiàn)共振峰，后加速度曲線出現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，調整偏心角至30°，支點向工件中心內移，轉速升至2609r/min，出現(xiàn)共振峰，完成振前掃描，進入亞共振狀態(tài)，振動中通過撒沙法觀察，沙子聚集形狀符合彎振型形狀，轉速穩(wěn)定在2590r/min左右，振動35min后，系統(tǒng)自動進行振后處理，打印出處理曲線圖（如圖1）。從圖上顯示的工藝數(shù)據(jù)及振后曲線較振前曲線明顯右移，符合振動時效國家標準的曲線檢測法。然后根據(jù)工藝方案依次進行多頻、多點振動。

應注意的幾個問題

1. 發(fā)生強迫共振：隨著振動頻率的升高，電機電流一直上升無下降趨勢，這時即發(fā)生了強迫共振，這種現(xiàn)象一般是由被振工件的重量太小而剛性又太大所導致。

2. 找不到共振區(qū)：在掃頻過程中發(fā)現(xiàn)隨著頻率的升高，電樞電流也緩慢增加，但是電流并不大，直到掃頻結束加速度始終在增加并很小，這種現(xiàn)象一般都是由于工件的固有頻率超出設備的控制頻率范圍。

如果發(fā)生以上情況，可以通過實驗的方法解決。反復改變激振力和支撐點以及激振器的裝卡位置；采用懸臂的方法（將工件一端固定，激振器裝卡在另一端的方法），采用組合振動法（將多個工件剛性連接在一起可以降低工件的固有頻率）。

結論

在鋼結構焊接件、鑄件及機械加工件上應用振動時效工藝處理后，工件應力平均可下降50%-70%，符合振動時效國家標準，可達到時效目的。

振動時效技術可替代熱時效工藝，操作簡單，可節(jié)約大量生產成本，減少污染，縮短處理周期。