大刚度大型焊件振动时效的研究


宋天民 陈宝忠 夏成林

抚顺石油学院


一、问题的提出得

有些刚度很大的大型焊件固有频率很高超出了振动电机的转速(10000r/min)范围因此采用常规的直接振动方法不能“起振”即低档扫频时

在一万转/分范围内没有峰值加速度一频率曲线(也称幅频曲线)通常与斜率比较小的上升直线相似1所示。对于这一类构件能否应用振动时效

设备进行振动处理如何进行振动处理振动过程中会出现一些什么现象能否探索出一些规律等等这些问题的研究直接关系到能否拓宽振动时

效的应用范围也将有助于振动时效机理的深入探讨尽管我们也深知目前在国内即使可直接应用振动时效处理的一些构件由于各种原因尚未

到处理振动时效的应用还没有普及这一课题就振动时效应用的现状看提前量似乎大了一些但我们科研组认为这一课题的研究还是带有方向性

是今后一个时期内会逐渐引起人们重视的一个题目这一课题的研究对深入探讨振动时效的机理疑是一个补充


二、实验过程

大刚度大型焊件应用振动时效处理遇到的第一个问题是能否起振即设法降低构件的固有频率使之在振动电机转速范围内。应该说这个问题是

可以解决的。

通过实验研究可采用一个“附加梁”“附加梁刚性固定在构件上只要“附加”具有足够长度并且其刚度与构件刚度相“匹配”把振动

电机夹固在“附加梁”上(如图2所示)就可有效的降低构件的固有频率使构件(包括“附加梁”)的固有频率在振动电机的转速范围内。图3为构件

“附加梁”后低档扫频的加速度一频率曲线。从图3中我们可以看到构件加“附加梁”后的固有频率在10000r/min范围内有几个峰值点各峰

值点所对应的频率是8850r/min、9650r/min这是应用振动时效设备进行振动处理的必要条件。

在实验过程中我们把加速度计分别夹固在构件上的不同部位所得到的加速度频率曲线都是相似的。可见振动产生的加载机械波在构件内的传播

是无处不在的区别仅在于对于构件不同点处由振动产生的加速度大小各不相同。对于刚度很大型焊件来说只要选择合适的“附加梁”都可达到

这种效果

对大刚度大型焊件进行振动研究的第二个问题是如果直接振动会出现什么现象有没有什么规律性我们以DMB=170S型电机底座为例进行了振动试

我们选在9500/min频率采用四档振动结果发现振后加速度-频率曲线的峰值点已进入到10000r/min范围内而且分别在6500r/min、

7880r/min、9900r/min等出现了多个峰值点如图4所示。这就使我们有可能在峰值点所对应的频率上振动。

它给了我们一个启示为什么振前在10000r/min范围内没有一个峰值点振后出现这么多峰值点为什么振后峰值点左移这么多能否得出这样的结

论;构件刚性愈振动后峰值点左移愈大为此我们又连续采用不同刚度的构件进行振动实验察振动后它们的加速度一频率曲线峰值点左移

大小。实验结果表明一般说来件刚性愈大焊缝分布愈广振动后峰值点左移愈大

对大刚度大型焊件进行振动研究的第三个问题是振动后的效果能否保持住保持多长时间

我们仍以DAB-170S型电机底座为例振动后放置一段时间结果发现再用低档扫频时加速度一频率曲线又恢复到振前的情况我们称之为“复

辟”于是我们围绕这种复辟现象进行了多次实验发现这种复辟现象不是偶然的。每次振动后要放置一段时间低档扫加速度频率曲线

都将恢复到原来的状态。如何解释这种复辟现象呢我们认为对这种大刚度大型焊件来说由于构件六个面都是焊接而成不仅构件刚度大而且焊

缝分布也很广振动时确实使构件刚性减小固有频率降低但起主导作用的不是塑性变形而是弹性变形。尽管可能在构件的某些局部发生了微观塑

性变形但对整体构件来说起主导作用的是弹性恢复。固有频率的降低是一种暂时现象是一种假像。其本质原因在于振动时施加的动载荷(对应

)不足这就出现了我们常说的“没振透”“没振熟”。

三、结论与研究方向

通过一年来对大刚度大型焊件的振动研究我们得出如下几点结论

1.对大刚度大型焊件来说若构件固有频率很高超出了振动设备所能提供的振动范围可采用一个具有足够长度、并且与构件刚度相匹配的附加

即可达到“起振”的目的。

2.对大刚度大型焊件来说构件刚性愈大焊缝分布愈广振动后加速度一频率曲线峰值点左移就愈大

3.对大刚度大型焊件来说振动过程中由于动载荷不足会产生一种假像即振动后当时扫频的加速度一频率曲线会出现峰值振后搁置一段时间

再扫频的加速度一频率曲线会恢复到振前状态。这提醒我们在振动时单凭快速监测速度一频率曲线峰值点是否左移来判断振动有效有时会产生一

种假像对大刚度大型焊件振动时个问题更是值得注意的

当前,对大刚度大型焊件应用振动时效处理所面临的最大障碍是如何加载,使动载荷(动应力)达到足够值。这个问题如果能得到解决,就将拓宽振动时效的应用范围,就将推动振动时效应用更快的发展。

 


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