振動時效工藝在高速紙機干燥部機架上的應用

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

焊接殘余應力的危害

高速紙機干燥部機架在焊接過程中，焊接殘余應力的危害主要有以下幾個方面：①殘余拉應力降低機架的疲勞強度。焊接殘余應力是焊件產生變形、開裂等工藝缺陷的主要原因。由于烘缸等部件轉速較高，必須考慮疲勞強度。②當機架的外載荷應力與內應力疊加達到屈服點時，將產生局部塑性變形，導致結構剛度降低。③對機架加工精度和尺寸穩定性的影響。機架在機加工時，由于內應力重新分布，會產生變形，從而影響加工精度。同時，殘余應力具有不穩定性，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。

焊接殘余應力產生的原因

焊接殘余應力是多種因素交互作用的結果，焊接時局部不均勻的熱輸入是產生焊接殘余應力的決定因素。焊接后冷卻時，熱影響區冷卻快，迅速進入彈性狀態，而焊接區溫度高，處于塑性狀態。此時，焊接區收縮較熱影響區慢，焊接區阻礙熱影響區收縮。焊接區仍受壓力，熱影響區受拉應力，但焊接區處于塑性狀態，松弛了此應力。隨著熱影響區溫度不斷降低，冷卻速度變慢。當焊接區冷卻速度高于熱影響區時，焊接區收縮較快，熱影響區阻礙了它的收縮，應力方向發生變化，焊接區受拉應力，熱影響區受壓應力。

焊接殘余應力消除方法

殘余應力的存在對紙機的正常運行構成了巨大隱患，必須設法消除。消除殘余應力的方法有很多種，但在機械制造領域中，應用*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力。

振動處理是對構件施加交變應力，如果交變應力與構件上某些點所存在的殘余應力之和達到材料的屈服極限，這些點將產生塑性變形。如果這種循環應力使某些點產生晶格滑移，即使宏觀上沒有達到材料的屈服極限，也同樣會產生微觀的塑性變形，況且這些塑性變形往往首先發生在殘余應力*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力，這就是采用振動時效消除殘余應力的原理。

振動時效去應力效果與動應力大小、作用時間有關。根據對碳素結構鋼的試驗結果分析，試樣在動載下塑性應變積累量與殘余應力的下降量有關，表明當動應力大于10MPa就有去應力效果，且動載的前期效果遠優于后期。這表明在振動應力足夠大時不需要太長的振動時間，在實際生產中，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生動應力，這是降低殘余應力的決定性參數，動應力必須與殘余內應力疊加后產生塑性變形才能起到降低應力的作用。如果工件殘余應力較小，則需選用足夠大的動應力才能降低殘余應力；反之，當殘余內應力較大時，就可以選擇較小的動應力。此外，還要注意，殘余應力與附加動應力疊加后的*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生破壞。所以要將激振力控制在一定的范圍內。

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濟、簡單的，得到的附加應力也*大，即在共振區激振，殘余應力下降最多。

經過振動時效的機架焊接殘余應力可以消除50%，高應力區消除率比低應力區大。構件經過振動時效后，可以提高使用壽命，降低應力腐蝕。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生。