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動(dòng)臂是由橫梁和動(dòng)臂板等零部件焊接而成，焊接過程中會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力。而殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，失去尺寸精度。本次實(shí)驗(yàn)主要是通過振動(dòng)時(shí)效工藝消除動(dòng)臂焊接殘余應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量及壽命。并采用盲孔法檢測(cè)振前、振后殘余應(yīng)力數(shù)值，對(duì)比分析殘余應(yīng)力分布驗(yàn)證振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力效果。

動(dòng)臂結(jié)構(gòu)及工藝介紹

該結(jié)構(gòu)主要由動(dòng)臂橫梁與動(dòng)臂板等零部件焊接組成，由于較高的焊接熱輸入，橫梁與動(dòng)臂板間的主焊縫發(fā)生焊接變形。為控制焊接變形在機(jī)加工余量范圍內(nèi)，在動(dòng)臂焊縫冷卻后需對(duì)動(dòng)臂的關(guān)鍵開檔尺寸進(jìn)行矯正。

動(dòng)臂制造的原主要工藝流程為：總拼——焊接——矯正——機(jī)加——檢測(cè)——拋丸——油漆——檢測(cè)。

采用振動(dòng)時(shí)效后的制造工藝流程為：總拼——焊接——矯正——檢測(cè)1——振動(dòng)時(shí)效——檢測(cè)2——機(jī)加——檢測(cè)3——拋丸——油漆——檢測(cè)4。

檢測(cè)主要關(guān)注時(shí)效前后尺寸穩(wěn)定性變化以及對(duì)比時(shí)效處理前后焊接殘余應(yīng)力的變化；為減少測(cè)量誤差，將*一次檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)示，后續(xù)測(cè)量均與*一次測(cè)量點(diǎn)位置盡量一致。

設(shè)備要求與應(yīng)用

1.JH-300A全功能頻譜振動(dòng)時(shí)效設(shè)備一套。里面有振動(dòng)時(shí)效專用夾具、橡膠墊、激振器等配套設(shè)施。

2.JHMK多通道殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。儀器軟件式操作，自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力、實(shí)時(shí)保存。

盲孔法殘余應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)要求如下：

1. 被測(cè)表面的處理應(yīng)滿足應(yīng)變測(cè)量的技術(shù)要求，用膠水將直角應(yīng)變片準(zhǔn)確地粘貼在測(cè)點(diǎn)位置上，并用膠帶覆蓋好絲柵，防止鐵屑破壞絲柵。

2. 在鉆孔時(shí)，要保證鉆桿與測(cè)量表面垂直，鉆孔中心偏差應(yīng)控制在±0.025mm以內(nèi)。

3. 鉆孔時(shí)要穩(wěn)，機(jī)座不能晃動(dòng)。鉆孔速度要均勻且較低，鉆孔速度快易導(dǎo)致應(yīng)變片的溫度漂移，孔周切削應(yīng)變?cè)龃笫箿y(cè)量不穩(wěn)定。

4. 建議鉆孔深度應(yīng)為（1.0-1.2）D，本試驗(yàn)鉆孔直徑D：（Φ1.0±0.015）mm，深度為（1.5±0.05）mm。

工藝參數(shù)選擇

根據(jù)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)調(diào)節(jié)偏心距與激振位置。將激振器調(diào)整到工件剛性較大且振幅較大處、且使其旋轉(zhuǎn)軸與振型有效區(qū)所在平面平行。經(jīng)試驗(yàn)探索，用手觸摸工件對(duì)比激振點(diǎn)在不同位置時(shí)橫梁焊縫處、動(dòng)臂板端部的振幅，最終激振點(diǎn)選擇在動(dòng)臂橫梁裝配孔處，關(guān)注區(qū)域振幅*大。

從0%偏心距開始，以10%為間隔、依次由小到大，每次進(jìn)行全程掃頻，當(dāng)工件出現(xiàn)明顯的共振時(shí)，停止調(diào)整偏心距，最終確定偏心距為35%至40%，電機(jī)轉(zhuǎn)速在5175r/min至5587r/min范圍內(nèi)，關(guān)注區(qū)域動(dòng)臂橫梁焊縫處振幅*大。

應(yīng)力檢測(cè)分析

采用盲孔法檢測(cè)振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力的變化，忽略動(dòng)臂板與橫梁主焊縫的焊接接頭位置，每條主焊縫分為6個(gè)區(qū)域，分別用A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L來表示。鉆孔前將各區(qū)域打磨平整、干凈，去除焊渣、飛濺、鐵銹等雜質(zhì)，以利于應(yīng)變花粘貼及控制鉆孔深度、精度。選擇盲孔法測(cè)試應(yīng)力的專用應(yīng)變花，該應(yīng)變花包含3個(gè)應(yīng)變計(jì)，按0°、45°、90°方向分布。應(yīng)變片敏感柵的中心距孔中心為2.65mm，應(yīng)變片絲柵內(nèi)徑為2.5mm。

時(shí)效前后應(yīng)力對(duì)比

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，振動(dòng)時(shí)效工藝確實(shí)可以降低焊接殘余應(yīng)力，按照GB/T25713-2010《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及效果評(píng)定方法》判定要求，本次工藝試驗(yàn)應(yīng)力消除率為45.2%＞30%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，也滿足企業(yè)相應(yīng)處理的效果要求，故該振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力工藝可在企業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

應(yīng)力釋放對(duì)尺寸的影響分析

考慮到檢測(cè)殘余應(yīng)力需輕微破壞、時(shí)間長(zhǎng)等因素，除了直接檢測(cè)殘余應(yīng)力來衡量振動(dòng)時(shí)效效果外，還可以對(duì)動(dòng)臂時(shí)效前后關(guān)鍵尺寸的變化進(jìn)行分析、判斷來衡量振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力效果，利用企業(yè)生產(chǎn)中現(xiàn)有的檢測(cè)手段即雙懸臂式三坐標(biāo)對(duì)相同試驗(yàn)條件下的時(shí)效處理前后4臺(tái)動(dòng)臂進(jìn)行了測(cè)量。從測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出：時(shí)效處理后，由于應(yīng)力釋放所引起的動(dòng)臂的關(guān)鍵尺寸變形量基本都在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)。

結(jié)論

通過該工藝試驗(yàn)研究表明，振動(dòng)時(shí)效這種工藝方法可以降低焊接殘余應(yīng)力，也解決了工程機(jī)械大型焊接結(jié)構(gòu)件焊后不能直接熱處理來消除應(yīng)力的工藝問題；同時(shí)也解決了傳統(tǒng)時(shí)效處理耗能高、污染環(huán)境，部件經(jīng)過熱時(shí)效后變形大、校正困難、成本高等難題，是一個(gè)值得推廣應(yīng)用消除應(yīng)力的新工藝方法。