振动时效设备在大型箱体结构件上的应用

某公司是生产联轴节、减震器和齿轮箱的生产厂家。长期以来，箱体一直是采用退火工艺来消除应力，但对于大型的箱体热时效工艺明显不适用。于是想采用振动时效消除箱体残余应力，振动时效是一项新的消除应力工艺，本文主要是采用振动时效设备消除TJ9804-3A箱体残余应力，通过实验数据判定振动时效效果。

振动时效和热时效工艺对比实验

将两台同种产品分别进行了振动时效和热时效处理，在振动时效、热时效处理前后又都进行了焊缝残余应力检测，对比分析消除应力效果。

被振工件振型的选择

箱体采用三点支撑，激振器装卡在箱体结合面小轴孔上端处。该箱体在实振时出现十字节线，故该箱体振动时效的振型为一阶弯扭振型。

振动频率的选择

箱体实振时，共振峰出现在5890转/分处，为保证该箱体在实振过程中平稳运行、防止实振点移向共振峰后沿，实振时档位又加一档、振动频率选在5637转/分。

激振力的选择

箱体实振时，采用聚航科技生产的JH-200振动时效设备，用1档扫频，2档实振。

振动时间选择

箱体实振时共振峰出现的高频段，故振动30分钟。

实验结果

振动时效结束后，设备会自动打印振幅频率（A-f）曲线图，由图可知，振后的峰值比振前的峰值升高，振后的峰值点比振前的左移，按GB/T25713-2010标准完全符合，这次振动时效合格。

TJ9804-3A箱体焊缝残余应力检测位置，取箱体结合面上的两道焊缝，测点共4点。以下就是残余应力检测结果。

振动时效工艺效果分析

振动时效的尺寸稳定性优于热时效

由残余应力检测结果可以看出，振动时效后残余应力最大主应力值降低30%-52%，符合GB/T25713-2010标准。

无论采用哪种方法消除应力，其主要目的就是要达到构件尺寸稳定。而通过国内许多实验证明，振动时效件的抗静载、动载变形能力都大大优于热时效件和未时效件，根据资料显示，振动时效的抗静载、动静变形能力比热时效提高33.3%；也就是说，在构件尺寸稳定性方面，振动时效为优。

振动时效可节约能源98%以上

TJ9804-3A箱体热时效处理，从点火到停火共10小时。鼓风机的电机功率5.5千瓦，工作10小时耗电55千瓦•小时；振动时效时，振动时效设备功率为1千瓦，振动1小时，耗电为1千瓦•小时。

在不计燃气耗费的情况下，只计算耗电量，振动时效可比热时效节约98%以上。

振动时效缩短了生产周期

TJ9804-3A箱体热时效耗时间至少为10小时，而振动时间为1小时，提高工效10倍。

振动时效投资少、见效快。

对于JS120以上大箱体，需采用大型退火炉，每件费用约为5000-7000元。而振动时效两次只需两小时耗费两度电。

振动时效替代热时效后大大减少了对大气环境的污染、造福于人类。

箱体进行振动时效时须注意的几点：

1. 被振动处理不允许存在缩孔、夹渣、裂纹、虚焊等严重缺陷；

2. 激振器应刚性地固定在工件的刚性较大处或振幅较大处，便于起振；

3. 振动处理时，应使振动方向垂直于工件承受力的主要焊缝，并使主要焊缝处的动应力最大或较大；

4. 对于大型工件，可单独采用弹性支撑振动处理，对于重量小、刚性大的工件，单独振动不易找到共振点或是峰值太小，这时可采用平台振动。

结论

1. 经过上述两种工艺对比结果证明，在各焊接箱体上使用振动时效工艺来替代传统的退火工艺是完全可行的。

2. 针对不同的工件，制定出合适的工艺方案是振动消除应力方法成败的关键。