振動時效工藝在高速紙機干燥部機架上的應(yīng)用

高速紙機是生產(chǎn)加工生活用紙、辦公用紙的機械設(shè)備，本文對高速紙機干燥部機架焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進行分析，了解焊接殘余應(yīng)力的危害及產(chǎn)生的原因，并選出合適的方法消除焊接殘余應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力的危害

高速紙機干燥部機架在焊接過程中，焊接殘余應(yīng)力的危害主要有以下幾個方面：①殘余拉應(yīng)力降低機架的疲勞強度。焊接殘余應(yīng)力是焊件產(chǎn)生變形、開裂等工藝缺陷的主要原因。由于烘缸等部件轉(zhuǎn)速較高，必須考慮疲勞強度。②當機架的外載荷應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力疊加達到屈服點時，將產(chǎn)生局部塑性變形，導致結(jié)構(gòu)剛度降低。③對機架加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響。機架在機加工時，由于內(nèi)應(yīng)力重新分布，會產(chǎn)生變形，從而影響加工精度。同時，殘余應(yīng)力具有不穩(wěn)定性，會隨時間的推移而變化，在紙機運行一段時間后，引起機架形狀和尺寸的變化。

焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

焊接殘余應(yīng)力是多種因素交互作用的結(jié)果，焊接時局部不均勻的熱輸入是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的決定因素。焊接后冷卻時，熱影響區(qū)冷卻快，迅速進入彈性狀態(tài)，而焊接區(qū)溫度高，處于塑性狀態(tài)。此時，焊接區(qū)收縮較熱影響區(qū)慢，焊接區(qū)阻礙熱影響區(qū)收縮。焊接區(qū)仍受壓力，熱影響區(qū)受拉應(yīng)力，但焊接區(qū)處于塑性狀態(tài)，松弛了此應(yīng)力。隨著熱影響區(qū)溫度不斷降低，冷卻速度變慢。當焊接區(qū)冷卻速度高于熱影響區(qū)時，焊接區(qū)收縮較快，熱影響區(qū)阻礙了它的收縮，應(yīng)力方向發(fā)生變化，焊接區(qū)受拉應(yīng)力，熱影響區(qū)受壓應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力消除方法

殘余應(yīng)力的存在對紙機的正常運行構(gòu)成了巨大隱患，必須設(shè)法消除。消除殘余應(yīng)力的方法有很多種，但在機械制造領(lǐng)域中，應(yīng)用*廣泛的就是熱時效和振動時效。但熱時效成本高、污染嚴重、不適用于大型零件，所以選擇了振動時效工藝去除高速紙機干燥部機架的焊接殘余應(yīng)力。

振動處理是對構(gòu)件施加交變應(yīng)力，如果交變應(yīng)力與構(gòu)件上某些點所存在的殘余應(yīng)力之和達到材料的屈服極限，這些點將產(chǎn)生塑性變形。如果這種循環(huán)應(yīng)力使某些點產(chǎn)生晶格滑移，即使宏觀上沒有達到材料的屈服極限，也同樣會產(chǎn)生微觀的塑性變形，況且這些塑性變形往往首先發(fā)生在殘余應(yīng)力*大的點上。因此，使這些點受約束的變形得以釋放從而降低殘余應(yīng)力，這就是采用振動時效消除殘余應(yīng)力的原理。

振動時效去應(yīng)力效果與動應(yīng)力大小、作用時間有關(guān)。根據(jù)對碳素結(jié)構(gòu)鋼的試驗結(jié)果分析，試樣在動載下塑性應(yīng)變積累量與殘余應(yīng)力的下降量有關(guān)，表明當動應(yīng)力大于10MPa就有去應(yīng)力效果，且動載的前期效果遠優(yōu)于后期。這表明在振動應(yīng)力足夠大時不需要太長的振動時間，在實際生產(chǎn)中，10-20min即可。

在振動時效處理過程中，振動器施加給工件周期變動的激振力使工件產(chǎn)生動應(yīng)力，這是降低殘余應(yīng)力的決定性參數(shù)，動應(yīng)力必須與殘余內(nèi)應(yīng)力疊加后產(chǎn)生塑性變形才能起到降低應(yīng)力的作用。如果工件殘余應(yīng)力較小，則需選用足夠大的動應(yīng)力才能降低殘余應(yīng)力；反之，當殘余內(nèi)應(yīng)力較大時，就可以選擇較小的動應(yīng)力。此外，還要注意，殘余應(yīng)力與附加動應(yīng)力疊加后的*大值不得超過振動或工作時的疲勞極限，否則在振動過程中或工作過程中會發(fā)生破壞。所以要將激振力控制在一定的范圍內(nèi)。

在各種頻率的加載形式中，在零件的固有頻率下進行振動是經(jīng)濟、簡單的，得到的附加應(yīng)力也*大，即在共振區(qū)激振，殘余應(yīng)力下降最多。

經(jīng)過振動時效的機架焊接殘余應(yīng)力可以消除50%，高應(yīng)力區(qū)消除率比低應(yīng)力區(qū)大。構(gòu)件經(jīng)過振動時效后，可以提高使用壽命，降低應(yīng)力腐蝕。與熱時效相比，可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的產(chǎn)生。