壓輪是大型結(jié)構(gòu)件，制造過程是外圓鋼板經(jīng)過卷圓對接焊接，然后對外圓與封口板進(jìn)行環(huán)焊。焊接后，直焊縫和環(huán)焊縫附近區(qū)域殘余應(yīng)力分布比較復(fù)雜；一般壓輪工作環(huán)境惡劣，由于殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致外圓和封口板位置易開裂。壓輪結(jié)構(gòu)件尺寸大，焊后熱處理難度大，且消耗能量大，成本高，處理工藝不當(dāng)，易造成彎曲、扭轉(zhuǎn)等不可恢復(fù)變形。

本文主要研究壓輪構(gòu)件振動時效去應(yīng)力工藝，并用盲孔法檢測振動時效前后的殘余應(yīng)力值，評估振動時效效果。

試件情況及使用設(shè)備

壓輪材料為Q345B鋼板，孔徑外徑1400mm，輪寬2100mm，輪邊距到內(nèi)封板500mm。用焊接機(jī)進(jìn)行卷圓直焊縫和封口板的焊接，以CO₂氣體作為保護(hù)氣，鋼板坡口角度為60°，間隙為1mm左右。

采用聚航科技生產(chǎn)的JH-600A1液晶交流振動時效設(shè)備，激振器電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000-12000r/min，最大激振力為20KN。

振動時效去應(yīng)力工藝

壓輪的支撐；為了保證振動時效能高效地應(yīng)用于壓輪生產(chǎn)，定制了非標(biāo)平臺和夾具?？紤]生產(chǎn)節(jié)奏和車間布局，振動平臺尺寸為5000mm*2000mm*50mm，一次振動2個壓輪。為了避免壓輪在振動中破壞，設(shè)計(jì)V型托架進(jìn)行彈性支撐。為了保證壓輪與V型托架之間不產(chǎn)生相對振動撞擊而產(chǎn)生噪音，也不使壓輪滑動而導(dǎo)致加速度信號不穩(wěn)定，V型托架應(yīng)盡量放置在振動節(jié)點(diǎn)處。

激振器的安裝；根據(jù)壓輪自身重量較大和其放置的形式，振動平臺做4點(diǎn)支撐，便于環(huán)焊縫垂直方向產(chǎn)生足夠大的動應(yīng)力。激振器放置在兩輪中間的前方位置上，振動阻力小，容易得到較大振幅的共振。壓輪在振動過程中，當(dāng)動應(yīng)力與自身殘余應(yīng)力疊加后達(dá)到材料的屈服極限時，壓輪將發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低或均化殘余應(yīng)力。

激振頻率；振動時效設(shè)備能夠自動選擇主振頻率和附振頻率。通過觀察振動前后峰值和振動頻率，判斷時效效果。

振動時間；由于板材不同批次存在不均勻性，因而振動時效時間有所不同。根據(jù)不同批次壓輪重量，殘余應(yīng)力的大小及分布等，經(jīng)驗(yàn)性的選取振動時效時間為30min。

振動時效去應(yīng)力效果評定

支撐座設(shè)計(jì)和壓輪放置方式

從支撐座的設(shè)計(jì)和壓輪放置方式來分析降低殘余應(yīng)力，以保證振動時效效果。通過應(yīng)力場分析結(jié)果，應(yīng)力集中的位置主要位于封口板和卷圓板圓周焊縫位置附近、卷圓板直焊縫。采用4點(diǎn)支撐，支撐塊的寬度尺寸稍大于環(huán)焊縫應(yīng)力集中部位的寬度，其寬度尺寸為60mm。

從激振源激振效果考慮，壓輪平放位置在對稱布置的4點(diǎn)支撐工裝上，保證卷圓邊直焊縫在最低端。同時，4點(diǎn)支撐在振動平臺上呈矩形布置，保證矩形的軸向?qū)ΨQ面與交叉焊縫中面盡量重合，矩形布置的長邊沿壓輪軸線方向，距離1090mm；矩形布置的短邊垂直壓輪曲線方向，距離為935mm。

盲孔法測殘余應(yīng)力

振動時效前，選取應(yīng)力集中的位置，采用盲孔法進(jìn)行應(yīng)力測量。選擇同一批次振動前的1^#、2^#壓輪；盡量選用同一壓輪相近位置的殘余應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)測量位置，振動時效前每個壓輪選2個測點(diǎn)，振動時效后每個壓輪選2個測點(diǎn)，同時振動時效前后的測量點(diǎn)間距為30mm，不影響到盲孔法的測量結(jié)果。

采用JH-30殘余應(yīng)力檢測儀對1^#、2^#壓輪振動時效前A、B、E、F4個測量點(diǎn)進(jìn)行測量，獲得振動時效前的殘余應(yīng)力。根據(jù)振動前后殘余應(yīng)力測量結(jié)果可見，1^#、2^#壓輪振動后的最大殘余應(yīng)力均下降明顯。由于并不能對振動時效前后同一點(diǎn)進(jìn)行測量，但測量位置間隔30mm，振動時效效果仍比較可信。

結(jié)論

1. 焊后焊縫位置附近殘余應(yīng)力大，峰值為338.6MPa。起弧位置的應(yīng)力小于收弧位置，封口板焊縫與卷圓板交叉位置的殘余應(yīng)力呈下降趨勢。

2. 設(shè)計(jì)支撐采用4點(diǎn)支撐，支撐塊寬度為60mm；4點(diǎn)支撐在振動平臺上呈矩形布置，保證矩形的軸向?qū)ΨQ面與交叉焊縫中面盡量重合。

3. 對比振動時效前后的殘余應(yīng)力來評估振動時效效果，結(jié)果顯示振動時效后的壓輪最大殘余應(yīng)力明顯下降。