起重機械制造中振動時效應(yīng)用研究

何 偉

（柳州起重機器有限公司，廣西 柳州 545616）

殘余應(yīng)力是許多機械產(chǎn)品在鑄造、焊接中無法避免的難題，這些殘余應(yīng)力會使機械的工件在生產(chǎn)過程中發(fā)生細(xì)微的變形,使工件的使用效力和使用壽命受到嚴(yán)重的影響。因此一般在機械制造中會采用自然時效或者人工時效的方法來消除應(yīng)力。自然時效主要是利用溫度隨著自然環(huán)境的變化而變化，會形成反復(fù)溫度應(yīng)力。將制造的工件放在室外接受反復(fù)溫度應(yīng)力的作用，可以消除部分殘余應(yīng)力，但這種方法的效率極低。人工時效主要包括熱時效和振動時效兩種方法。熱時效是將處于室溫的工件緩慢均勻加熱至塑性狀態(tài)，并保持塑性狀態(tài)的溫度5—8小時可消除應(yīng)力，此時在降溫至150℃可以出爐。但我們在運用熱時效的過程中需嚴(yán)格控制溫度變化,否則會適得其反，產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力和變形。而振動時效技術(shù)和其它工藝相比在機械制造中更加實用，接下來我們就對振動時效在起重機械制造中的運用進(jìn)行探討。

1 振動時效原理的概述

振動時效工藝(Vibratory Stress Relief)，它是采用振動的方法以均化機械制造過程中的殘余應(yīng)力，并能夠達(dá)到和熱時效一樣的效果。它的具體實施過程是將鑄件、和焊接的工件，在其原來的固有振動頻率下再進(jìn)行數(shù)十分鐘的振動處理，給工件施加附加應(yīng)力。當(dāng)振動效應(yīng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力與工件制作過程中的殘余應(yīng)力疊加，工件發(fā)生宏觀變型，從而達(dá)到降低工件內(nèi)的殘余應(yīng)力的作用。和自然時效相比，振動時效的效率更高，消除殘余應(yīng)力的效果要好。而和熱時效相比，他不需要消耗太多的能源，對設(shè)備的投資較小，同時還具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，同等消除殘余應(yīng)力的效果比較穩(wěn)定，而且在性能指標(biāo)上也有一定的突破。因此在我國的機械制造工業(yè)中，振動時效得到了普遍的運用[1]。

2 起重機械的特點

目前,在我國使用的起重機的機械結(jié)構(gòu)件大部分都是焊接件，對于焊接件的起重機械結(jié)構(gòu)件來講,大部分的結(jié)構(gòu)件都存在著殘余的焊接應(yīng)力。如果沒有對焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行及時的消除,在產(chǎn)品的組裝與使用中,會造成不利的影響。其中,在機械使用一段時間之后,焊接應(yīng)力會得到一定的消除,這就會降低起重機械的翹度值和主梁拱度。國家有關(guān)部門則規(guī)定,如果起重機的翹度值和主梁拱度降到一定的數(shù)值之后,就不能繼續(xù)使用。

起重機械通常都要承受數(shù)噸甚至數(shù)十噸的外力，同時在機械的主要受力部分上產(chǎn)生較大的內(nèi)力，都會使鋼構(gòu)件會產(chǎn)生很大的變形，在構(gòu)件的連接處會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使它很容易發(fā)生破壞。我國的大部分起重機械都是由鋼材焊接而成，只有極少數(shù)構(gòu)件使用鉚接[2]。在焊接過程中，溫度的變化使焊接金屬收縮，這種收縮變形將會在連接處引起很大的殘余應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力在雖能抵消一部分內(nèi)力，但在有些情況下，殘余應(yīng)力與連接傳遞的應(yīng)力進(jìn)行疊加，很易使應(yīng)力超過金屬的強度而發(fā)生破壞。另外，起重機械承受的是動載，在動載作用下，金屬受到循環(huán)應(yīng)力的作用發(fā)生金屬疲勞現(xiàn)象，使強度降低。而對于焊接處，這種作用更加明顯，因而更易破壞。因此，加強焊接強度是防止起重機械結(jié)構(gòu)破壞的重點，而消除殘余應(yīng)力是加強焊接件強度的重要手段。

3 振動時效工藝在起重機械制造中的應(yīng)用

在起重機械的實際制造工業(yè)中，我們要對主梁進(jìn)行焊接,應(yīng)力會集中在主梁上。如果在鑄造主梁的過程中我們不能夠消除附在主梁上的殘余應(yīng)力，會導(dǎo)致主梁發(fā)生變形和扭曲，不能夠制造出合格的起重機械。而又由于主梁的長度很長，沒有適合尺寸的爐窯，所以我們不能夠?qū)⑺胖玫綘t窯中進(jìn)行熱時效的處理，也不可能將它放到室外接收自然時效的長時間處理，因此在運用上來說，對于起重機械來說采用振動時效處理是最佳的選擇?，F(xiàn)在我們工廠用于起重機械制造的振動時效工藝主要是采用VAFA系列的系統(tǒng)裝置。它是一款使用高速微型計算機作為主要構(gòu)件，并采用“模塊組合式”結(jié)構(gòu)作為主要硬件的振動時效設(shè)備。我們在進(jìn)行共振的峰值的處理方面,可以通過使用高速微型計算機控制軟件，從而對振動時效處理工藝達(dá)到裝置的全自動化共振峰值處理，還可以配合與它進(jìn)行連接的打印機直接將振動過程中的峰值變化曲線和具體的數(shù)據(jù)打印出來，不僅節(jié)省了人力，提高了工作效率，同時也保證了精確度[3]。

4 工作實例

我們在起重機械的制造過程中，起重機械根據(jù)它的使用領(lǐng)域會有不同的型號，本文采用的起重機械的實例型號的梁重為4t，它的主梁是16.5m×5t的橋式主梁。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

4.1 振動時效基本工藝過程包括：第一，采用三點支承工件，支承點需要布置在共振節(jié)線的附近；第二，使用與起重機械比較切合的偏心檔位掃頻，用來記錄振前的幅頻曲線，就可以確定最佳激振頻率；第三，在選定的最佳的激振頻率開始在此頻率下進(jìn)行激振，時間要控制在40分鐘以內(nèi)；第四，將實際共振的曲線與理論振幅比對。

4.2 振動時效工藝的實施。從振動器的布置及工作原理可以得知，在工件中的運用是，我們需要通過對激振力、附振頻率、主振頻率大小的多次調(diào)整和比對，才能夠得出合適的工藝制作參數(shù)。

5 結(jié)語

用振動時效工藝在起重機械制造中減少殘余應(yīng)力是最佳的選擇，我們應(yīng)該不斷提高振動時效的工藝，促進(jìn)起重機械工業(yè)的發(fā)展。

[1]馬振宇.激振時效技術(shù)機理研究和裝置的研究開發(fā)[D].杭州：浙江大學(xué)，2008

[2]陳永嶺.振動時效動應(yīng)力參數(shù)選取的探討[J].機械設(shè)計與制造,2009（04）：102

[3]孫曉燕.振動時效機理分析及試驗研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2010