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振動時效效果評定

焊接構件振動時效工藝參數選擇及技術要求 JB/T 10375-2002
1 范圍
本標準規定了焊接構件振動時效工藝參數選擇、技術要求和振動時效效果的評定方法。
本標準適用于碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金熔化焊焊接構件的振動時效處理。
2 規范性引用文件
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本標準,然而,鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本標準。
JB/T5925.2 機械式振動時效裝置技術條件
3 術語、符號
3.1 激振點(exciting point)
振動時效時給構件的施力點稱為激振點。
3.2 支撐點(support point)
為了對構件進行振動時效而選擇的支持構件的位置。
3.3 動應力(dynamic stress)
激振力引起構件諧振響應時,在其內部產生的應力稱為動應力。矢量,符號為σd(幅值),單位為(MPa)。
3.4 共振及振型(resonance and vibration mode)
當激振力提供的周期性激振力的頻率與系統固有頻率接近或相等時,構件的振幅急劇增大的現象為共振。共振時,構件表面上所有質點振動的包絡線(面),即為振型,包括彎曲、扭轉、扭曲、鐘振型和鼓振型。
3.5 節點(節線)(node, node line)
振動時效時,構件振幅最小處稱為節點(節線)。
3.6 主振頻率、附振頻率(principal and additional vibration frequency)
在激振裝置的頻率范圍內,引起構件諧振響應的頻率中,頻率低、位移幅大的頻率稱為主頻率f1,其余則為附頻率fx。符號為f1、f2…,單位為Hz;或符號為n1、n2…,單位為rpm。
3.7 掃頻和掃頻曲線(frequency sweep and the curve)
固定偏心,將激振力的頻率由小調大的過程,稱為掃頻。隨著頻率的變化,構件振動響應發生變化,反映振動響應與頻率之間的關系曲線稱為掃頻曲線。如A—f稱為振幅—頻率曲線,a—f稱為加速度—頻率曲線;而振動時效裝置繪制的是加速度—轉速(a—n)曲線。
其中:A表示振幅;a表示加速度;f表示頻率;n表示電機轉速。
3.8 時效曲線(aging curve)
在確定的振動頻率和激振力下,對構件進行振動處理所得到的加速度—時間曲線。其標記為a—t,t表示時間。
3.9 振動焊接(vibratory welding)
在小激振力作用和亞共振頻率下,引起構件微小諧振的同時,進行焊接的工藝操作過程。
3.10 頻率分析(frequency analysis)
用激振器對工作做間隙式施振,獲取工件頻率分布的過程。
4 振動時效裝置的選擇
進行焊接構件的振動時效處理時,所使用的振動時效裝置應滿足JB/T5925.2的常規要求,并具備下述功能:
— 穩速精度可保證控制在±1 r/min以內;
— 可以在線或最終繪出完整而細密的掃頻曲線以及多條加速度時間曲線;
— 加速度測量系統可以是振動時效裝置的附屬部分,也可以是一個單獨的測量儀。
5 工藝參數選擇及技術要求
5.1 參數確定準則
一般情況下,振動參數應在針對具體焊接構件的工況條件,分析并判斷出構件在激振頻率范圍內可能出現的振型基礎上確定。
對重大、關鍵構件,可做實際邊界條件下的動應力有限元分析,求解出結構件在16~200Hz范圍內的固有頻率和振型,以確定支撐點、激振點和拾振點的位置。
5.2 直接振動
構件在激振頻率范圍內,如能激起響應,可以直接振動。
5.2.1 構件的支撐
對于可以直接振動的構件,可根據分析、判斷的振型,在節點處放置彈性支撐。支撐點可為二點、三點或四點。
特殊構件的支撐應以平穩為準。
5.2.2 激振器的固定
激振器應剛性地固定在主振頻率共振振型的波峰處或附近,固定處應當平整。
5.2.3 拾振器的固定
拾振器應固定在遠離激振器且能反映主振頻率振型最大振幅或附近,其方向應與振動方向一致。
5.3 非直接振動
對于無法直接振動的構件,應采取降頻措施。主要的降頻措施包括:懸臂、串聯和組合等方法。
5.3.1 懸臂振動
懸臂振動是將構件的一端剛性固定,激振器設置在另一端所進行的振動處理方法。
5.3.2 串聯振動
串聯振動是將兩個或多個構件沿長度方向剛性連接,組成一個新的振動系統,并對此系統進行振動處理。支撐點、激振器及拾振器的設置與直接振動時相同。
5.3.3 組合振動
組合振動是將多個構件裝卡在振動平臺上,按平臺的振型確定支撐、激振和拾振。
5.4 構件的試振
5.4.1 通則
對其他材質焊接構件進行振動時效時,應首先進行類似材料及工藝的評定。
缺陷超標的構件及焊接結構設計不合理的構件不允許進行振動時效處理。
5.4.2 激振器偏心設置
激振器偏心擋位的選擇應當滿足保證構件產生合適振幅且裝置輸出載荷不超過額定載荷的70%。
5.4.3 動應力方向
進行振動時效時,動應力方向應與構件主要焊縫的最大主應力方向相同或相近。
5.4.4 固有頻率獲得
工作的固有頻率可以采用全程掃頻的方法獲得,也可通過頻率分析方法獲得。在尋找到處理頻率之后,在亞共振區內選擇其振動峰峰值1/3~2/3處對應的頻率開始振動工件。
全程掃頻時,應根據尋找出的諧振峰確定主、附頻率,按主振頻率的振型調整支撐點、激振點和拾振點。
采用頻率分析方法時,可用激振器對工件做間隙式施振從而獲得工件的固有頻率,并在多振型原則下,進行自動優化選擇最佳頻率組。
5.4.5 動應力的確定
動應力幅值應達到構件工作應力的1/3~2/3。
動應力可按下式估算:
(σb-σs)/3≤σ≤σd/3式中:
σd為動應力幅值;
σs為材料的屈服強度;
σb為材料的抗拉強度。
動應力幅值控制與構件的應力集中情況有關,當構件幾何形狀均勻、接頭應力集中系數較小時,動應力可取上限值(σb/3);當構件幾何形狀不均勻、接頭應力集中系數較大時,動應力可取下限值(σb-σs)/3。
5.4.6 振動時間的確定
一般情況下,焊接構件的振動時效由如下三個階段組成:
— 開始階段(開始振動的約2~3分鐘):主要參數變化很快,構件的殘余應力亦隨之變化很快;
— 中間階段:參數和應力變化趨緩;
— 結束階段(最后的約2~3分鐘):參數和殘余應力基本上沒有變化。
根據焊接構件振動時效的規律及特點,振動時效的時間一般控制在10~45分鐘為宜。對于剛度較大、結構較為復雜的構件而言,其振動時效所需的時間相對較長。
5.5 構件的振動時效
需要進行振動時效的構件應按自動或預定參數完成主振和附振,并在線或最終打印下述曲線:
— 振前a—n曲線;
— 振中a—t曲線(需要多階諧振時,應打印出相應數量的a—t曲線);
— 振后a—n曲線。
對于剛度大、結構復雜的焊接構件可考慮做多點多次振動,但累積時間不得超過45分鐘。
振動焊接技術可用于構件的焊接修復,具體工藝應結合實際條件合理確定。
5.6 振動時效的工藝文件
對焊接構件進行振動時效時,應由技術人員編制并下達相應的振動時效工藝卡。
操作人員在完成振動時效操作后,應及時填寫相應的操作記錄卡。
振動時效工藝文件應按有關規定管理、存檔。
6 振動時效效果評定方法
6.1 參數曲線觀測法
可根據振動時效過程中實時打印的a—t曲線的變化及a—n曲線振動前后的變化評估振動時效的實際效果。
出現下列情況之一時,即可判定振動時效有效:
— a—t曲線上升后變平;
— a—t曲線上升后下降,最終變平;
— a—n曲線振后共振峰發生了單項特征或組合特征的變化(出現振幅升高、降低、左移、右移);
— a—n曲線振后變得簡潔而平滑;
— a—n曲線振后出現低幅振峰增值現象。
6.2 實測法
6.2.1 殘余應力測試法
推薦使用盲孔松弛法,也可使用X射線衍射法或在條件許可時使用磁性法。
采用盲孔法測試時,測試點處材料厚度應大于鉆孔直徑的4倍。
每個構件可選擇2~3條主焊縫。每條主要焊縫的測試點不得少于3個。測試點應布置在焊縫中心或焊縫根部。
用振前或振后的應力平均值計算應力降低率,降低率應大于30%。
用振前和振后的最大與最小應力差衡量應力的均勻化程度,振動后的計算值應小于振動前的計算值。最大及最小應力一般應以焊縫的主應力或縱向應力為準。
6.2.2 尺寸精度穩定性測試
以尺寸穩定為主要目的而進行振動時效處理的焊接構件,振動后應進行尺寸測試。尺寸測試具體方法如下:
— 振后尺寸測試;
— 加工后尺寸測試;
— 長期放置,定期進行尺寸測試。如放置15天后做第一次測試,放置30天后做二次測試,以后每30天測試一次,總放置時間在半年以上;
— 在動載情況下測試(具體時間間隔參照上述款項)。
所有的測試結果應當滿足要求。
本標準系首次制訂。
本標準由全國焊接標準化技術委員會提出并歸口。
本標準負責起草單位:哈爾濱焊接研究所。

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