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        1. 大剛度大型焊件振動時效的研究


          宋天民 陳寶忠 夏成林

          撫順石油學院


          一、問題的提出得

          有些剛度很大的大型焊件,固有頻率很高,超出了振動電機的轉速(10000r/min)范圍,因此,采用常規的直接振動方法不能“起振”,即低檔掃頻時

          在一萬轉/分范圍內沒有峰值,加速度一頻率曲線(也稱幅頻曲線)通常與斜率比較小的上升直線相似,1所示。對于這一類構件能否應用振動時效

          設備進行振動處理?如何進行振動處理?振動過程中會出現一些什么現象?能否探索出一些規律等等,這些問題的研究,直接關系到能否拓寬振動時

          效的應用范圍,也將有助于振動時效機理的深入探討。盡管我們也深知,目前在國內即使可直接應用振動時效處理的一些構件,由于各種原因尚未

          到處理,振動時效的應用還沒有普及,這一課題就振動時效應用的現狀看提前量似乎大了一些,但我們科研組認為這一課題的研究還是帶有方向性,

          是今后一個時期內會逐漸引起人們重視的一個題目,這一課題的研究對深入探討振動時效的機理,疑是一個補充。


          二、實驗過程

          大剛度大型焊件應用振動時效處理遇到的第一個問題是能否起振,即設法降低構件的固有頻率,使之在振動電機轉速范圍內。應該說這個問題是

          可以解決的。

          通過實驗研究,可采用一個“附加梁”,“附加梁剛性固定在構件上,只要“附加”具有足夠長度,并且其剛度與構件剛度相“匹配”,把振動

          電機夾固在“附加梁”上(如圖2所示),就可有效的降低構件的固有頻率,使構件(包括“附加梁”)的固有頻率在振動電機的轉速范圍內。圖3為構件

          “附加梁”后,低檔掃頻的加速度一頻率曲線。從圖3中我們可以看到,構件加“附加梁”后的固有頻率在10000r/min范圍內有幾個峰值點。各峰

          值點所對應的頻率是8850r/min、9650r/min,這是應用振動時效設備進行振動處理的必要條件。

          在實驗過程中,我們把加速度計分別夾固在構件上的不同部位,所得到的加速度頻率曲線都是相似的??梢?/span>,振動產生的加載機械波在構件內的傳播

          是無處不在的區別僅在于對于構件不同點處,由振動產生的加速度大小各不相同。對于剛度很大型焊件來說,只要選擇合適的“附加梁”,都可達到

          這種效果。

          對大剛度大型焊件進行振動研究的第二個問題是,如果直接振動會出現什么現象?有沒有什么規律性?我們以DMB=170S型電機底座為例進行了振動試

          ,我們選在9500/min頻率,采用四檔振動,結果發現,振后加速度-頻率曲線的峰值點已進入到10000r/min范圍內,而且分別在6500r/min、

          7880r/min、9900r/min等出現了多個峰值點,如圖4所示。這就使我們有可能在峰值點所對應的頻率上振動。

          它給了我們一個啟示,為什么振前在10000r/min范圍內沒有一個峰值點,振后出現這么多峰值點?為什么振后峰值點左移這么多?能否得出這樣的結

          論;構件剛性愈,振動后峰值點左移愈大?為此,我們又連續采用不同剛度的構件進行振動實驗,察振動后它們的加速度一頻率曲線峰值點左移

          大小。實驗結果表明,一般說來,件剛性愈大,焊縫分布愈廣,振動后峰值點左移愈大。

          對大剛度大型焊件進行振動研究的第三個問題是,振動后的效果能否保持住?保持多長時間?

          我們仍以DAB-170S型電機底座為例,振動后放置一段時間,結果發現,再用低檔掃頻時,加速度一頻率曲線又恢復到振前的情況,我們稱之為“復

          辟”。于是,我們圍繞這種復辟現象進行了多次實驗,發現這種復辟現象不是偶然的。每次振動后,要放置一段時間,低檔掃加速度頻率曲線

          都將恢復到原來的狀態。如何解釋這種復辟現象呢?我們認為,對這種大剛度大型焊件來說,由于構件六個面都是焊接而成不僅構件剛度大,而且焊

          縫分布也很廣,振動時確實使構件剛性減小,固有頻率降低但起主導作用的不是塑性變形,而是彈性變形。盡管可能在構件的某些局部發生了微觀塑

          性變形,但對整體構件來說,起主導作用的是彈性恢復。固有頻率的降低是一種暫時現象,是一種假像。其本質原因在于振動時施加的動載荷(對應

          )不足,這就出現了我們常說的“沒振透”,“沒振熟”。

          三、結論與研究方向

          通過一年來對大剛度大型焊件的振動研究,我們得出如下幾點結論

          1.對大剛度大型焊件來說,若構件固有頻率很高,超出了振動設備所能提供的振動范圍,可采用一個具有足夠長度、并且與構件剛度相匹配的附加

          ,即可達到“起振”的目的。

          2.對大剛度大型焊件來說,構件剛性愈大,焊縫分布愈廣,振動后加速度一頻率曲線峰值點左移就愈大。

          3.對大剛度大型焊件來說,振動過程中由于動載荷不足,會產生一種假像,即振動后當時掃頻的加速度一頻率曲線會出現峰值,振后擱置一段時間

          再掃頻的加速度一頻率曲線會恢復到振前狀態。這提醒我們,在振動時單憑快速監測速度一頻率曲線峰值點是否左移來判斷振動有效,有時會產生一

          種假像,對大剛度大型焊件振動時,個問題更是值得注意的。

          當前,對大剛度大型焊件應用振動時效處理所面臨的最大障礙是如何加載,使動載荷(動應力)達到足夠值。這個問題如果能得到解決,就將拓寬振動時效的應用范圍,就將推動振動時效應用更快的發展。

           


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          振動時效3D展示
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