振动时效技术的应用

用振动的方法消除金属构件的残余应力技术,于1900年在美国就取得了专利。但由于人们长期使用热时效,加上当时对振动消除应力的机理还不十分明确,且高速电机尚未出现造成设备沉重、调节不便,因此该项技术一直未得到发展和应用。

直到60年代由于能源危机,美国、英国、日本、联邦德国等国才又开始研究振动时效的机理和应用工艺。特别是到70年代由于可调高速电机的出现,推动了振动消除应力装置(VSR系统)的发展:1973年英国制成手提式VSR系统即VCM80,后来美国马丁工程公司也研制出比较先进的设备LT-100RVSR系统。法国和苏联也分别生产出PSV型和NBVSR系统。这些比较先进的激振装置,促进了振动消除应力工艺的发展和应用。

据统计,目前世界上正在使用的VSR系统约有一万台以上。美国采用振动时效工艺的有700多个公司,苏联和东欧一些国家也在大量使用,都取得了明显的经济效益。许多国家都已将振动时效定为某些机械构件必须采用的标准工艺。在英国几乎没有一家公司不使用该项技术的。

振动处理在国外的应用范围比较广,被处理构件的类型也比较多。例如:

1.英国一机床公司生产大型精密机床,其床身与立柱要求精度为0.01mm/2m。过去采用热时效其精度保持性较差,后来改用振动时效,满足了精度要求,因此现在已将振动时效定为该项产品的标准工艺。

2.英国生产的铝合金铸造精密泵体,其尺寸为275×300×150mm,也是用振动时效来保证其精度的。

3.美国PX工程公司,用振动时效来消除8吨重的焊接结构齿轮的内应力,用以减少焊接裂纹。

4.美国Pont Land电子专业公司,用该项技术处理4吨重的锻件毛坯。该公司规定锻件进行三次振动处理:

1)毛坯(2)粗加工后(3)精加工后。三次处理后即保证了锻件的稳定性。

5.美国华盛顿钢铁公司,对该公司生产的47吨重的剪床座进行振动处理。剪床座是用152mm203mm厚的钢板焊成,加强筋厚为38mm76mm这样大而重的构件只用40分钟的振动处理就代替了过去的热时效处理。

6.美国西北工业公司对2800吨重的海洋铁塔及1280吨重的钻井平台也采用过振动时效处理。

7.英国对陆上井口平台采用振动时效,井口平台是由管径为200mm的钢管焊成6m×6m×2m管型构架。

8.英国喷气发动机火焰筒衬里,由于焊后热膨胀而发生裂纹,报废率占30%以上,后来采用振动时效工艺,报废率几乎为零。

9.英国生产的所有专用机床床身都是用振动时效代替热时效。有三十多家机床厂和十多个锻压设备厂都是将振动时效作为标准的生产工艺。

美、英等国在其它工业部门也大里采用振动时效,如造纸机械厂、船舶轴承厂、激光焊机厂、齿轮箱制造厂、纺织机械厂、轧钢设备厂、印刷机械厂、泵制造厂、采油设备厂、发电设备厂、锅炉厂等都应用振动时效来消除构件的应力。

1975年以来,该项技术在我国也得到了较的发展和推广,在机床铸件上取得了较大的突破。

多年来,关于振动时效对焊接构件疲劳寿命的影响是国内外专家极为关心和争论的焦点问题。我国一些单位做了许多研究,得出的结论认为,振动时效对金属材料的力学性能有较大的影响,合理的振动时效工艺可以提高焊接构件的疲劳寿命。这些结论为振动时效在焊接构件上的应用奠定了理论基础。

振动时效工艺在国内经二十余年的研究应用,许多企业都在一些重要的基础部件中应用了振动时效技术。

1.哈尔滨电机厂制造的大型电站设备中的发电机机座、端盖、座环、水轮发电机导叶。

2.中国第一重型机器厂制造的轧钢设备中的焊接结构件,大型锻造转轴。

3.大连机床厂生产的组合机床床身焊接件和CD6140普通车床铸造床身。

4.铁道部大连机车厂生产的东风4D内燃机车转向架焊接构件,用振动时效提高疲劳寿命和柴油机机体粗加工后的二次振动时效,防止机体在使用中出现疲劳裂纹。

5.鞍山钢铁公司在高炉改造中,一些无法进行时效处理的大型金属结构,如炉壳、托圈、拱顶、钢包回转台等。

6.航天领域中的重大项目中的大型金属结构焊接后用振动消除应力。

7.西安理工大学工厂的产品单晶炉炉壳、炉门都由不锈钢焊接制造,不能加热时效处理,采用振动时效,即防止了变形,又提高了抗腐蚀能力。

从总的情况来看,振动时效工艺已被大量地应用,范围正在扩大。

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