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振動時效與熱時效消除鋁合金箱形焊接構件應力效果對比

更新時間:2021/10/29  點擊數:276


摘要.

概述了振動時效原理和特點,通過鋁合金箱形焊接構件振動時效與熱時效前后殘余應力的檢測對比試驗,證明了二者消除應力的效果相當,說明了用振動時效工藝取代鋁合金箱形焊接構件熱時效工藝的可行性,對于消除零件加工中的殘余應力、提高加工精度和生產效率具有重大意義。
關鍵詞:振動時效;熱時效;殘余應力;鋁合金箱形焊接構件

振動時效又稱振動消除應力,簡稱VSR( vibra orys ress relief),是利用受控振動能量對試件進行振動處理。消除其殘余應力,防止試件變形和開裂使尺寸精度獲得穩定的一種方法,其實質是以振動的形式給試件施加附加應力。當附加交變應力與殘余應力疊加后,達到或超過材料的屈服極限時,即I'o,(交變應力)+o n(殘余應力)> o,(屈服極限>試件將發生微觀或宏觀塑性變形,從而降低和均化試件內的殘余應力,使其尺寸精度趨于穩定。


振動時效的特點

  • 1)投資少,F代工業中的大型鑄件與焊接件,如采用熱時效消除應力需要建造大型時效爐,造價昂貴,利用率低。采用振動時效則可避免這些問題。與熱時效相比,振動時效無需龐大的熱時效爐,可節省占地面積與昂貴的設備投資。
  • 2)生產周期短。自然時效需經幾個月長期放置,熱時效需經數十小時周期,而振動時效則只需振動數十分鐘。另外,振動時效不受場地限制,可減少試件在時效前后的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產線上,不僅能使生產安排更緊湊,而且可以消除加工過程中產生的應力。
  • 3〉使用方便。振動時效時振動設備體積小,重量輕,便于攜帶。由于振動處理不受場地限制,振動裝置又可攜至現場,所以這種工藝與熱時效相比,使用簡便,適應性更強。
  • 4)節約能源,降低成本。振動時效工藝相對于熱時效工藝來說,在減少資源消耗和大氣污染的環境指標中占絕對優勢「'。實踐證明,功率為 186~746 W的機械式激振器可振動150 t以下的試件,故粗略計算其能源消耗僅為熱時效的3%~5%,成本僅為熱時效的8%~10%。
  • 5振動時效可避免金屬試件在熱時效過程中產生氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。


實驗研究
2 1實驗方案
選取3門鋁合金炮塔作對比試驗,1件采用熱時效,2件采用振動時效,進行熱時效前、后,振動時效前、后的應力檢測、對比檢測。
21 1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2452 mmx 1 843 mmx560 mm板材厚度有18 20 30 40 45 mm等規格,材料為LC52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,
最大寬度達到22 mm以上,深度達到15 mm以上,金屬填充量大,較長焊縫和橫向焊縫的應力集中較大。其結構如圖1所示。

212實驗試件準備
實驗試件見表L2 13 試驗步驟
1)采用盲孔松弛法「A測試10—058試件熱時效前殘余應力,測試10—05910—060試件振動時效前殘余應力;
2)10—058采用熱時效消除焊接殘余應力,10—05910—060采用頻譜諧波振動時效消除焊接殘余應力;
3〉采用盲孔松弛法測試10—058試件熱時效后殘余應力,測試10—o59 10—060試件振動時效后殘余應力;
4)進行實驗數據比對分析。


        根據上述試驗結果,說明采用振動時效工藝代替熱時效工藝是可行的。在采用振動時效工藝進行批量生產后,僅從時效處理費用方面分析,鋁合金箱形焊接構件成本可以降低95%左右;從生產效率方面分析,振動時效只需40 mj而熱時效需11 b振動時效大大縮短了生產周期,同時可隨時實施,對于生產管理和產品如期交付具有重大的社會和經濟效益。因此,振動時效工藝對降低成本及提高生產效率具有重要意義,能夠產生顯著的經濟效益。


結論

1、在鋁合金箱形焊接構件上,采用振動時效工藝和熱時效工藝消除殘余應力的效果相當,平均下降率均為53%以上,因而用振動時效替代熱時效工藝從理論上是可行的;

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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