旋挖钻机桅杆振动时效应用分析

本文采用频谱谐波振动时效工艺对旋挖钻机的桅杆实施了消除应力，并采用盲孔法验证了振动时效消除大型焊接结构件残余应力的可行性。

振动时效及残余应力检测过程

振动时效工艺参数

设备采用南京聚航科技有限公司的JH-300A全功能频谱振动时效设备，根据振动时效标准要求，对工件采用四点弹性支撑，激振器通过夹具夹紧在桅杆导轨上。考虑到构件的质量及刚度，选择了A4激振器。在选取时效振型及频率的过程中，利用计算机软件控制的灵活性和可操控性进行参数调整，从而调整了振动时效的适用性，选取最佳振型及频率对工件进行时效处理。根据装甲车辆振动消除应力技术要求，所选取的5个振型中，需保证有2个最大振动加速度为30-70m/s²，以保证工件能够以足够的能量达到残余应力消除效果。

残余应力测试

采用盲孔法对频谱谐波时效前后的残余应力进行测试。盲孔法释放法是目前常用的一种较成熟的残余应力测试方法，在工程中得到了广泛的应用。检测仪器采用JHMK残余应力测试系统，由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成，精度高，测量结果准确。

盲孔法测残余应力具体步骤

1. 检测点选择在桅杆重焊缝旁约20mm处，时效前后检测点相距25-30mm。

2. 对桅杆检测部位进行抛光，面积不应小于应变花面积的4倍。

3. 用丙酮清洗黏贴表面，然后用纱布擦拭直至纱布上无污渍。

4. 在应变花黏贴面上滴一滴496胶水，用1号应变片与参考轴对齐，将其贴在检测点表面，其中0°方向与焊缝平行。在应变花上覆盖1张聚四乙烯薄膜，用手指按压薄膜3-5min，然后固化8h。

5. 将应变花的6个引脚通过引线连接到JHYC静态应变仪相应的接线柱A和B上，将补偿片连接到接线柱B和C上。

6. 用放大镜将钻具对准应变花中心，然后用胶水将钻具固定脚黏贴在桅杆上。

7. 使用带端铣刀的钻杆划去应变花钻孔部位的基底。

8. 用φ1mm麻花钻钻孔，保持垂直于桅杆表面，压力适中，钻孔时间约3min，钻达到预定深度时，拔出钻杆。

9. 使用φ1.5mm麻花钻钻孔，保持其垂直于工件表面，压力适中，钻孔时间约为3min，钻到预定深度时拔出钻杆，钻孔后等待1-2min，测读应变仪读数。

10. 所有检测点检测完毕后，对桅杆进行振动时效。

11. 振动时效完毕后重复步骤1-步骤8，对时效后的残余应力进行检测。

结果与分析

时效处理前后对比图见图1，时效处理前后应力消除率见图2。

图1频谱谐波时效处理前后δMiscs分布

图2 频谱谐波时效处理前后应力消除率

从图1和图2可以看出，经过频谱谐波振动时效处理后，桅杆残余应力比时效处理前整体上有较大幅度的降低，对全部18处测试点而言，频谱谐波时效处理前、后残余应力消除了9.2%-89.1%，去极值后应力消除率平均为54.1%。同时，桅杆残余应力的分布范围在一定程度上缩小，应力水平较之前呈现出更加均匀的变化趋势，应力均化程度为15.0%。两项指标均达到《振动时效效果评定方法》的要求。

此外，桅杆焊缝附近的应力集中问题在很大程度得到了消除，残余应力峰值的应力降低幅度较大，达到58.7%；因此，频谱谐波振动时效工艺对工件残余应力分布具有明显的削峰填谷作用。

结语

对旋挖钻机结构件桅杆进行频谱谐波振动时效处理，应力消除率平均为54.1%，应力均化程度为15.0%，残余应力峰值下降58.7%。对大型结构件桅杆进行频谱谐波振动时效处理，消除应力效果可以满足生产的需要。频谱谐波时效处理技术在稳定构件尺寸精度和消除残余应力方面发挥了很好的作用，该技术在保证质量的同时提高了生产效率、降低成本，保护环境，其技术效益和经济效益十分可观。