活動煙罩振動時效處理工藝

某工廠是料籃、鐵水包、水冷板、水冷煙罩等大型備件的生產商，在未采用振動時效技術之前，都是采用熱處理消除殘余應力，但熱時效時間長、不環保，且大尺寸工件還需建造大型熱時效爐，成本高。所以廠家想用振動時效工藝代替熱時效，經過試驗和實踐，取得了理想的效果和顯著的經濟效益。

下面以活動煙罩為例，說明振動時效的整個工藝過程：

設備介紹

設備采用南京聚航科技有限公司的JH-700A智能頻譜交流振動時效設備，適用于對有嚴格要求的重要零件的時效處理，設備采用高速變頻伺服電機，激振力大，效果好，壽命更長久。

振動平臺設計

振動平臺實質上是為大幅降低處理工件的工作頻率而設計的工作平臺。設計時要求平臺的抗彎剛度要大于工件的抗彎剛度，以確保平臺將諧振傳給工件。同時，平臺上裝夾工件后的整體是一個梁狀系統，使工件的主要部位得到相應的彎曲，以保證該部位獲得適當的動應力，較好地降低和均勻化殘余應力。支撐點應安裝在工件節線上，使工件處于良好的振動狀態，激振點應位于工件的剛度*大振幅峰值點。根據活動煙罩的結構特點，我們采用了三點支撐法，即用三個橡膠墊構成一個振動平臺；將激振器卡在剛性較強的位置，以便于激振力的傳遞，使工件易于起振。

動應力的選擇

動應力是振動時效工藝的一項重要參數。實驗證明，在一定范圍內動應力越大，被處理的工件上產生的應變釋放量也越大，消除應力的效果就越好。但動應力過大將有可能造成工件的損傷或降低疲勞壽命。因此，應以工作應力來確定動應力。即σ動=（1/3-2/3）σ工作。活動煙罩的重量為4.3噸，參照掃頻的結果，選擇15-20%Fmax的激振力。

時效頻率的選擇

國內研究表明，采用共振峰處的頻率作為時效頻率，時效過程中，共振峰向低頻移動，振動效果并不明顯。所以一般采用亞共振峰值的1/3作為激振頻率，實踐證明效果較好。在處理活動煙罩過程中，首先*一次掃頻，掃頻過程中，檢查并確定支撐點位置及偏心檔；然后根據掃頻情況，從低階到高階，選一個低階共振頻率作為主振頻率，另選1-2個作為輔振頻率；由掃頻曲線看（圖1），只有一個共振峰Nmax=5451.0rpm。

激振時間的選擇

振動時效是根據被振構件的材料、結構、重量來確定激振時間。由振動曲線可看出，殘余應力變化*快的是在振動時效前五分鐘，十五分鐘后基本趨于穩定，表明殘余應力降到一定程度后就不再發生變化，具體時間參照如下：

根據活動煙罩的重量（G重量=4.3噸），時間選擇為16min。

激振過程

選取激振頻率N=5464.2rpm，進行振動時效，振動過程中，密切觀察并記錄加速度G隨時間的變化以及工件的響振情況。

振后掃頻

振動結束后，對部分工件進行再次掃頻，記錄加速度及轉速；從振后掃頻曲線看（圖2），共振峰Nmax=5464.2rpm。

效果判斷

可采用盲孔法或x射線進行殘余應力檢測分析。但在實際生產中，一般選擇 GB/T25712-2010標準4.1.2條，用幅頻特性曲線對振動效果進行判斷，即在振動時效處理過程中，對工件進行VSR處理前后的掃頻對比及VSR工藝過程G-t曲線變化，來判斷工件的殘余應力是否得到降低和均勻化，從而改善工件的尺寸穩定性，判斷標準如下;

a，振幅（G-t）曲線先上升后變平。

b，振幅時間（G-t）曲線先上升后下降再變平。

c，振幅頻率（G-n）曲線振后峰值升高。

d，振幅頻率（G-n）曲線振后峰值左移。

e，振幅頻率（G-n）曲線振后峰值變窄。

由VSR處理前后的掃頻對比見圖1，G-n曲線振后峰值左移，由VSR工藝過程G-t曲線變化見圖2，G-t曲線先上升后變平，均符合 GB/T25712-2010即工件的殘余應力得以降低和均勻化，從而提高工作尺寸穩定性。

總結

實踐證明，工件經過振動時效去應力后機械性能顯著提高，大型構件振動時效后消除率為50%-70%左右，且高應力區消除的比例比低應力區大，使殘余應力均勻化，因此提高了構件的使用強度和疲勞壽命，降低了應力腐蝕。

經振動時效處理的電爐水冷爐壁已用于電爐生產，單件時間壽命長達2000多個小時，正在使用的十多件水冷板，質量較好，滿足使用要求，受到電爐廠的好評。