振动时效在液压支架制造中的应用

【摘要】结构件分厂主要生产制造大批量、多型号的液压支架，仅靠热处理消除焊接中的残余应力即费时，又费力。振动时效[1]的工装简单，工艺快捷，应力均化明显的效果，工艺指标也可满足技术要求，是一种非常节能的工艺。

【关键词】残余应力；振动时效

1、引言

结构件分厂制造大批量、多型号液压支架，仅靠热处理消除焊接中的残余应力即费时、又费力。以ZY10000/27/56型液压支架为例，由于该型号液压支架结构件比较大，热处理退火即耗费了大量的时间，又消耗了大量的人力。并且360kw台车加热炉只有台车和侧壁上有电阻丝，若每次放入两个工件，会使工件受热不均匀从而影响消除焊接残余应力的效果。使焊缝中仍残存着焊接应力。而该型号的液压支架掩护梁侧护板的存在，使得在退火过程中，侧护板与电阻丝接近，在温度高时，极易发生较大的变形，所以很难采用热处理工艺。由于上述等原因，就要求我们在液压支架制作过程用采用更新的措施来消除内应力。

2、实验内容

2.1实验设备

360kw电阻台车加热炉、频谱谐波时效专家系统、俄罗斯TSC—1M—4型金属磁记忆应力检测仪。

2.2实验过程

由北京翔博科技有限责任公司携带其产品“领航者振动消除应力专家系统”在我公司做频谱时效与应力消除试验，在领导的组织与安排下，由结构件分厂和翔博公司技术人员组成实验小组。通过俄罗斯TSC—1M—4型金属磁记忆应力检测仪对实验工件振动前后漏磁场分布的检测，判断工件内部残余应力分布情况，从而直观地观察振动前后应力消除和均化效果。选取三台结构相同的ZY10000/27/56液压支架底座编号分别为4号、131号132号。并且对三台工件进行处理前标记出相同的七条主要焊缝的热影响区。

4号做常规的热处理方法。将工件摆放至360kw电阻台车加热炉内，升温加热，加热温度为520±10℃，升温速度为100～200℃/小时。恒温后，在此温度保温200～240分钟。达到保温时间后，关闭电源后出炉空冷。通过热处理前、后磁应力的检测对比观察工件应力分布的均匀状态。处理前、后分别记录该工件的主要铰接尺寸。

液压支架底座131号和132号进行振动时效处理。对两个相同的工件用同样的方法进行三点减振平稳支撑，采用直线装夹一点激振的方式，通过频谱谐波模式分析优选出各工件五种不同振型的谐波频率进行时效应力处理，在处理过程中，每次5个振动频率的振动时间之和为40分钟，每次处理的5个频率的a-t（加速度-时间）曲线有2个频率的加速度值在30m/s2-70m/s2范围。完全符合领航者频谱谐波时效专家系统应力验收标准。处理前、后分别采用金属磁记忆应力检测仪沿相同的轨迹进行磁力检测，通过振前、振后磁应力的检测对比观察工件应力分布的均匀状态。处理前、后分别记录该工件的主要铰接尺寸。

2.3实验结果

4号、131号、132号工件热处理及振动时效前、后铰接处尺寸均未发生变化。

实验总结：从整体检测结果来看，频谱谐波时效前后磁应力分布及梯度值峰值变化优于热时效方法，热时效4号件七条焊缝梯度值平均下降率为36%，振动时效131号件和132号件七条焊缝梯度值平均下降率分别为41%和39%。证明两种方法是液压支架结构件残余应力下降、均化效果明显。并且从表可以看出对较大不易变形的结构件可以起到稳固尺寸精度的作用[2]。

振动时效工艺与热处理工艺相比主要具有下述特点：①投资少，不需建造大型的热时效炉，只需在现场使工件在共振频率下进行时效。②周期短，每个工件只需设3～4个振点，每个振点振10～25min。③振动时效则有均化应力效果明显、强化材料的特点。对于刚性设计的大重型焊接结构件，由于对其强度和尺寸稳定有一定要求，所以可以采用振动时效工艺④不仅节约能源，而且具有振动设备体积小、重量轻、操作简单等优点。

3、经济效益方面

以ZY10000/27/56为例，热处理时间从预热到保温平均需要6～7个小时。一套10000/27/56液压支架共有134架，那么热处理一套液压支架两台加热炉同时使用共计需要938小时，平均每天工作8小时，大约4个月完成。工业用电费用将超过50万元。使用翔博科技的节能减排王振动时效设备，平均每天工作8小时，仅用50天即可完成。工业用电费用不足2000元。这样热处理方法和振动时效法同时达到了消除结构件焊后残余应力的目的，但振动时效方法仅一套液压支架就节省了近50万元，并且节省了大量的时间，这将极大的提高企业的经济效益。

4、结论

1、本次振动时效的两个工件液压支架底座应力下降率分别为39%和41%，满足了使用要求。

2、振动时效可以代替热时效消除焊缝中的残余应力，通过对结构件施加动载荷来调整其残余应力，对结构件既均化了应力又增加了构件的抗变形能力和相对尺寸稳定性。能起到稳固不易变形较大结构件精度的作用。

3、振动时效的工装简单，工艺快捷，有工艺变形小，应力均化明显的效果，工艺指标也可满足技术要求，是一种非常节能的工艺。可极大提高企业的经济效益。

参考文献

[1]朱世根，刘峰，顾伟生，沈剑，狄平，吴，赵显华.振动时效的应用[J].焊接技术，2002年06期

[2]李洪升，房德馨，孙丰华，李光伟.振动时效对焊接构件材料性能的影响[J].大连理工大学学报，1987年03期