残余应力测量与消除方式的介绍.ppt
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1、金陵船厂金陵船厂残余应力测量与消除方式的介绍残余应力测量与消除方式的介绍金陵船厂金陵船厂4残余应力及消除应力方式的介绍123振动时效的介绍超声波时效的介绍残余应力测量的介绍5实施步骤金陵船厂金陵船厂u残余应力的产生残余应力(残余应力(ResidualStress):):消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。在物体内的自相平衡的内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热加工等,因不均匀塑性变形或相变都可能喷丸
2、、铸造、锻压、焊接和金属热加工等,因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。引起残余应力。残余应力会致使工件处于不稳定状态,降低工件的尺寸稳定性和机械物理性残余应力会致使工件处于不稳定状态,降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能,使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。能,使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。1、残余应力及消除应力方式的介绍、残余应力及消除应力方式的介绍金陵船厂金陵船厂消除内应力的几种方法:一是对物体进行热处理(针对金属材料、高分子材料等工件消除内应力的几种方法:一是对物体进行热处理(针对金属材料、高分子材料等工件)。二是放到自然条件下进行消
3、除(即自然时效消除内应力)。三是人工通过敲打振)。二是放到自然条件下进行消除(即自然时效消除内应力)。三是人工通过敲打振动等方式进行消除。四是通过超声冲击震荡来优化应力动等方式进行消除。四是通过超声冲击震荡来优化应力,或改变应力的方向。,或改变应力的方向。项项目目自然时效自然时效热时效热时效振动时效振动时效应力消除率应力消除率10%左右3080%3060%尺寸稳定性尺寸稳定性好较差较好时效成本时效成本占场地、占资金150300元/吨10元/吨时效周期时效周期一般半年以上2060小时一小时内环境保护环境保护无污染污染较严重无污染抗变形能力抗变形能力较好比时效前降低较好时效变形量时效变形量可忽略不
4、计较大可忽略不计工件适应性工件适应性几乎任何工件受尺寸、材质限制几乎任何工件工序安排工序安排须在精加工前须在精加工前任何工序之间u残余应力如何消除1、残余应力及消除应力方式的介绍、残余应力及消除应力方式的介绍金陵船厂金陵船厂振动时效技术,国外称之为振动时效技术,国外称之为“VibratingStressRelief”简称简称“VSR”,源自于源自于敲击时效,通过专业的振动时效设备,使被处理的工件产生共振,并通过这敲击时效,通过专业的振动时效设备,使被处理的工件产生共振,并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位,使工件内部发生微观种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位,使工
5、件内部发生微观的塑性变形,从而使工件内部的残余应力得以消除和均化,最终防止工件在的塑性变形,从而使工件内部的残余应力得以消除和均化,最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂。加工和使用过程中变形和开裂。u振动时效技术2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做振动时效。它是将一个具有偏心振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做振动时效。它是将一个具有偏心重块的电机系统(称做激振器)安放在构件上,并将构件用橡皮垫等弹性物体支承,通重块的电机系统(称做激振器)安放在构件上,并将构件用橡皮垫等弹性物体支承,通过控制器起动电机并调节其转速,使构件处
6、于共振状态。约经过控制器起动电机并调节其转速,使构件处于共振状态。约经2030分钟的振动处理即分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。可见,用振动调整残余应力技术是十分简单和可行的。可达到调整残余应力的目的。可见,用振动调整残余应力技术是十分简单和可行的。2、振动时效的介绍、振动时效的介绍u振动时效设备原理金陵船厂金陵船厂u振动时效设备构成2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂直流振动时效直流振动时效设备设备高能振动时高能振动时效设备效设备定量振动时效定量振动时效设备设备液晶振动时效设备液晶振动时效设备数码振动时效设备数码振动时效设备经济型振动时效设备经济型振动时效设备智能频谱交
7、流振动时智能频谱交流振动时效设备效设备液晶振动时效设备液晶振动时效设备数码交流振动时效设数码交流振动时效设备备定量式多通道振动定量式多通道振动时效系统时效系统定量式全自动振动定量式全自动振动时效设备时效设备全功能振动时效设备全功能振动时效设备u振动时效设备类型2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂u交流与直流对比2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂u设备的技术参数参数参数涵盖范围涵盖范围最大激振力(KN)10/20/30/35/40/50/65/80调速范围(r/min)1000-8000稳速精度(r/min)1/0.8电机额定功率(Kw)1.5/2.2/3.0/3.
8、2最大处理工件重量(T)2/10/20/30/50/100/500加速度显示范围0199.9加速度测量一维/三维加速度 供电电压(V)220V10%50HZ打印功能中文a-n、a-t曲线,时效参数及效果2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂振振动时效工效工艺守守则是指是指导对振振动时效技效技术应用及用及检查的的总的原的原则,它,它应包括以下几方包括以下几方面的内容。面的内容。一、一、总则部分:它包括制定本守部分:它包括制定本守则的目的及使用范的目的及使用范围。二、生二、生产前的准前的准备:它包括它包括对设备对设备的的检查检查、仪仪器的器的导线联导线联接、工作接、工作场场地的地的定置
9、管理等。定置管理等。三、三、预分析:根据工件的形状、分析可能出分析:根据工件的形状、分析可能出现的振型,以指的振型,以指导操作人操作人员正确的正确的进行行对工件的支撑及激振器和工件的支撑及激振器和传感器的装感器的装夹。四、四、试振:它包括初步振:它包括初步测试工件的固有工件的固有频率和率和验证第三部分所做出的分析是否正确,第三部分所做出的分析是否正确,如果如果预分析与分析与实际有所差有所差别,应通通过这步工作步工作调整整过来。在来。在这一部分中一部分中还包括主振器包括主振器频率、率、激振力、振激振力、振动时间的确定原的确定原则等。等。五、振五、振动处理理过程:包括振程:包括振动处理全理全过程的
10、操作程序和各程序的确定原程的操作程序和各程序的确定原则。六、六、质量管理制度:包括量管理制度:包括时效效果的效效果的检验方法及方法及检验方式。方式。七、七、仪器的保养和器的保养和维护。u振动时效工艺守则2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂u振动时效局限性1.不能替代去不能替代去应应力目的以外的力目的以外的热处热处理理2.不能不能显显著改著改变变金相金相组织组织及机械性能(如及机械性能(如强强度,硬度)度,硬度)3.不能用于校形不能用于校形4.对对于箱,板形工件于箱,板形工件时时效噪音效噪音较较大大5.工工艺艺效果在很大程度上取决于工效果在很大程度上取决于工艺员艺员的振的振动时动时
11、效工效工艺艺理理论论水平和水平和经验经验6.不适宜于高不适宜于高压压容器、残余容器、残余应应力力较较小的工件、大尺寸的薄板小的工件、大尺寸的薄板焊焊接件、薄壁接件、薄壁铸铸件、大部分件、大部分冷加工件、冷加工件、弹弹性性结结构构应应力力为为主的工件、主的工件、刚刚性性过过大或尺寸大或尺寸过过小件(其中部分可用振小件(其中部分可用振动动平台平台来来时时效)效)7.并非工件所有部位的并非工件所有部位的时时效效果都一致效效果都一致2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂2、振动时效的介绍、振动时效的介绍根据根据JB/T10375-2002中中华人民共和国机械行人民共和国机械行业标准,有以下
12、几种方法:准,有以下几种方法:(1)参数曲)参数曲线观测法法可根据振可根据振动时效效过程中程中实时打印的打印的a-t曲曲线的的变化及化及a-n曲曲线振振动前后的前后的变化化评估振估振动时效效实际效果。效果。出出现下列情况之一下列情况之一时,即可判定振,即可判定振动时效有效:效有效:a-t(加速度加速度-时间时间)曲曲线上升后上升后变平;平;a-t(加速度加速度-时间时间)曲曲线上升后下降,最上升后下降,最终变平;平;a-n(加速度加速度-频频率率)曲)曲线振后共振振后共振发生了生了单项特征或特征或组合特征的合特征的变化(出化(出现振幅升高、降低、左移、振幅升高、降低、左移、右移);右移);a-
13、n(加速度加速度-频频率率)曲)曲线振后振后变的的简洁而平滑;而平滑;a-n(加速度加速度-频频率率)曲)曲线振后出振后出现低幅振峰增低幅振峰增值现象。象。(2)尺寸精度)尺寸精度稳定性定性测试:以尺寸精度:以尺寸精度为目的而目的而进行振行振动时效效处理的理的焊接构件,振接构件,振动后后应进行尺寸行尺寸测试。尺寸。尺寸测试具体方法如下:具体方法如下:u振动时效效果评测金陵船厂金陵船厂2、振动时效的介绍、振动时效的介绍振后尺寸振后尺寸测试测试加工后尺寸加工后尺寸测试测试长长期放置,定期期放置,定期进进行尺寸行尺寸测试测试。在在动载动载情况下情况下测试测试所有所有测试结果果应当当满足要求足要求3、
14、残余、残余应力力检测法法A:推荐使用盲孔松弛法,也可以使用推荐使用盲孔松弛法,也可以使用X射射线衍射法或在条件衍射法或在条件许可可时使用磁性法。使用磁性法。采用盲孔法采用盲孔法测试时,测试点点处材料厚度材料厚度应大于大于钻孔直径的四倍。孔直径的四倍。用振前残余用振前残余应力平均力平均值、振后残余、振后残余应力平均力平均值来来计算算应力消除率,降低率力消除率,降低率应大于大于30%。用振前和振后的最大与最小用振前和振后的最大与最小应力差衡量力差衡量应力的均化程度,振力的均化程度,振动后的后的计算算值应小于振小于振动前的前的计算算值。最大及最小。最大及最小应力一般力一般应以以焊缝的主的主应力或力或
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