振动时效与热时效消除铝合金箱形焊接构件应力效果对比

更新时间：2021/10/29  点击数：1529

摘要.

概述了振动时效原理和特点，通过铝合金箱形焊接构件振动时效与热时效前后残余应力的检测对比试验,证明了二者消除应力的效果相当,说明了用振动时效工艺取代铝合金箱形焊接构件热时效工艺的可行性,对于消除零件加工中的残余应力、提高加工精度和生产效率具有重大意义。
关键词:振动时效;热时效;残余应力;铝合金箱形焊接构件

振动时效又称振动消除应力，简称VSR( vibra orys ress relief），是利用受控振动能量对试件进行振动处理。消除其残余应力，防止试件变形和开裂使尺寸精度获得稳定的一种方法，其实质是以振动的形式给试件施加附加应力。当附加交变应力与残余应力叠加后,达到或超过材料的屈服极限时，即I'o,(交变应力)+o n(残余应力)> o,(屈服极限>试件将发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化试件内的残余应力，使其尺寸精度趋于稳定。

振动时效的特点

• 1)投资少。现代工业中的大型铸件与焊接件,如采用热时效消除应力需要建造大型时效炉,造价昂贵,利用率低。采用振动时效则可避免这些问题。与热时效相比，振动时效无需庞大的热时效炉,可节省占地面积与昂贵的设备投资。
  
• 2)生产周期短。自然时效需经几个月长期放置,热时效需经数十小时周期,而振动时效则只需振动数十分钟。另外,振动时效不受场地限制,可减少试件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅能使生产安排更紧凑,而且可以消除加工过程中产生的应力。
  
• 3〉使用方便。振动时效时振动设备体积小，重量轻,便于携带。由于振动处理不受场地限制,振动装置又可携至现场,所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性更强。
  
• 4)节约能源,降低成本。振动时效工艺相对于热时效工艺来说，在减少资源消耗和大气污染的环境指标中占绝对优势「'。实践证明，功率为 186~746 W的机械式激振器可振动150 t以下的试件，故粗略计算其能源消耗仅为热时效的3%~5%，成本仅为热时效的8%~10%。
  
• 5振动时效可避免金属试件在热时效过程中产生氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。

实验研究
2 1实验方案
选取3门铝合金炮塔作对比试验,1件采用热时效,2件采用振动时效,进行热时效前、后,振动时效前、后的应力检测、对比检测。
21 1试件分析
试件主体结构主要由铝合金平板拼焊而成,外形尺寸约为2452 mmx 1 843 mmx560 mm板材厚度有18 20 30 40 45 mm等规格，材料为LC52焊缝采用双面焊,V型接头焊缝为主,围板部分共27条焊缝,焊缝坡口尺寸较大,
最大宽度达到22 mm以上，深度达到15 mm以上，金属填充量大,较长焊缝和横向焊缝的应力集中较大。其结构如图1所示。

212实验试件准备
实验试件见表L2 13 试验步骤
1)采用盲孔松弛法「A测试10—058试件热时效前残余应力，测试10—05910—060试件振动时效前残余应力;
2)10—058采用热时效消除焊接残余应力，10—05910—060采用频谱谐波振动时效消除焊接残余应力;
3〉采用盲孔松弛法测试10—058试件热时效后残余应力，测试10—o59 10—060试件振动时效后残余应力;
4)进行实验数据比对分析。

        根据上述试验结果,说明采用振动时效工艺代替热时效工艺是可行的。在采用振动时效工艺进行批量生产后，仅从时效处理费用方面分析,铝合金箱形焊接构件成本可以降低95%左右;从生产效率方面分析，振动时效只需40 mj而热时效需11 b振动时效大大缩短了生产周期,同时可随时实施,对于生产管理和产品如期交付具有重大的社会和经济效益。因此,振动时效工艺对降低成本及提高生产效率具有重要意义，能够产生显著的经济效益。

结论

1、在铝合金箱形焊接构件上，采用振动时效工艺和热时效工艺消除残余应力的效果相当,平均下降率均为53%以上，因而用振动时效替代热时效工艺从理论上是可行的;

2、振动时效工艺具有时间短、成本低、不受场地限制、不氧化工件等优点，是一种成本低、效率高的时效处理方法;

3、应用振动时效工艺,对于生产厂家降低生产成本、提高加工精度和生产效率具有重大意义，能够产生显著的经济效益。