VSR工艺及其在重大工程中的应用(复习版).ppt

1、VSR焊接构件的振动时效焊接构件的振动时效及其及其在重大工程中的应用在重大工程中的应用上海交通大学上海交通大学报告大纲：报告大纲：n n VSRVSR消应力机理消应力机理n n VSRVSR工艺简介工艺简介n n 卷筒的振动时效与效果评定卷筒的振动时效与效果评定n n VSR VSR在重大工程中的应用在重大工程中的应用2 2上海交通大学上海交通大学 振动时效的工艺特点振动时效的工艺特点振动振动传感器传感器橡胶垫橡胶垫构件构件激振器激振器振动振动主机主机偏心块偏心块3 3上海交通大学上海交通大学 振动时效的对象：三种内应力振动时效的对象：三种内应力 宏观应力、微观应力、超微观应力宏观应力、微观应

2、力、超微观应力 1）第一类应力宏）第一类应力宏观应力：在整个断面观应力：在整个断面平衡的应力；如地铁平衡的应力；如地铁列车启动时的乘客分列车启动时的乘客分布密度。布密度。4 4上海交通大学上海交通大学 2）第二类应力微观应力：由若干颗）第二类应力微观应力：由若干颗晶粒相互作用；组织不均匀性、排列的无晶粒相互作用；组织不均匀性、排列的无序性、几何的多样性、晶界的应力集中所序性、几何的多样性、晶界的应力集中所形成的内应力。如一节地铁车箱内启动时形成的内应力。如一节地铁车箱内启动时的乘客分布密度。的乘客分布密度。5 5上海交通大学上海交通大学 3)第三类应力超微观应力：由于晶粒内第三类应力超微观应力

3、：由于晶粒内部晶格排列畸变位错所形成的应力。如部晶格排列畸变位错所形成的应力。如车厢一角的乘客分布。车厢一角的乘客分布。6 6上海交通大学上海交通大学 振动时效的消应力原理振动时效的消应力原理包辛格效应包辛格效应n n可以通过振动时效降低三类内应力；可以通过振动时效降低三类内应力；振动时振动时效实质是以机械的振动方式对工件施加附加效实质是以机械的振动方式对工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后其总应应力，当附加应力与残余应力叠加后其总应力达到或超过某一数值后，在应力集中的地力达到或超过某一数值后，在应力集中的地方超过金属材料屈服强度时，工件内部发生方超过金属材料屈服强度时，工件内部发生宏

4、观和微观的塑性变形包辛格效应，从而宏观和微观的塑性变形包辛格效应，从而降低了该点残余应力的峰值，使应力均匀化，降低了该点残余应力的峰值，使应力均匀化，金属的抗变形能力提高。金属的抗变形能力提高。7 7上海交通大学上海交通大学 振动时效机理振动时效机理振动作用于宏观应力振动作用于宏观应力n n振动动应力与宏观残余应力叠加，合成应振动动应力与宏观残余应力叠加，合成应力大于弹性极限时造成屈服，使高应力下力大于弹性极限时造成屈服，使高应力下降，应力均化，尺寸稳定性提高降，应力均化，尺寸稳定性提高。特别在特别在应力集中部位有可能形成较大拉应力屈服应力集中部位有可能形成较大拉应力屈服区外应力卸载后形成压应

5、力保护区，提区外应力卸载后形成压应力保护区，提高了结构的稳定性；在振动时效的前期这高了结构的稳定性；在振动时效的前期这种效应起主要作用。种效应起主要作用。8 8上海交通大学上海交通大学 振动时效机理振动时效机理振动作用于微观应力振动作用于微观应力n n振动动应力与微观应力叠加；特别在应力振动动应力与微观应力叠加；特别在应力集中部位形成较大的剪应力，造成滑移屈集中部位形成较大的剪应力，造成滑移屈服；使晶粒由不稳定状况进入稳定状况，服；使晶粒由不稳定状况进入稳定状况，高的二类应力下降，应力均化，组织稳定高的二类应力下降，应力均化，组织稳定性提高。振动时效中后期，当宏观残余应性提高。振动时效中后期，

6、当宏观残余应力与动应力的叠加值已明显低于屈服强度力与动应力的叠加值已明显低于屈服强度时，这种效应仍起作用，通过微观屈服的时，这种效应仍起作用，通过微观屈服的积累，形成振动时效效果。积累，形成振动时效效果。9 9上海交通大学上海交通大学 振动时效机理振动时效机理振动作用于超微观应力振动作用于超微观应力n n振动能促使位错移动，位错移动减弱畸变振动能促使位错移动，位错移动减弱畸变的比例，晶粒的稳定性提高；部分位错移的比例，晶粒的稳定性提高；部分位错移动到晶界，且由于位错的钉扎作用，使材动到晶界，且由于位错的钉扎作用，使材料的强度上升，从而也扩展了结构的弹性料的强度上升，从而也扩展了结构的弹性工作区

7、间。工作区间。1010上海交通大学上海交通大学 金属材料的拉伸曲线金属材料的拉伸曲线P PV VP PV VL LDDP/(4DP/(4D2 2)=)=1111上海交通大学上海交通大学 焊接试板不同区域在焊接试板不同区域在-曲线上的位置曲线上的位置B BA A1212上海交通大学上海交通大学 应用非线性应用非线性 过程的消应力原理过程的消应力原理 非线性状况非线性状况非线性状况非线性状况ABCED应变应变应变应变2 2等效应力等效应力等效应力等效应力下降应力下降应力下降应力下降应力动态应力动态应力动态应力动态应力母材母材母材母材焊缝中心焊缝中心焊缝中心焊缝中心线弹性状况线弹性状况线弹性状况线弹

8、性状况动态应力动态应力动态应力动态应力应变应变应变应变1 11313上海交通大学上海交通大学 应用非线性应用非线性 过程的消应力原理过程的消应力原理 非线性状况非线性状况非线性状况非线性状况ABCED应变应变应变应变2 2等效应力等效应力等效应力等效应力下降应力下降应力下降应力下降应力动态应力动态应力动态应力动态应力母材母材母材母材焊缝中心焊缝中心焊缝中心焊缝中心线弹性状况线弹性状况线弹性状况线弹性状况动态应力动态应力动态应力动态应力应变应变应变应变1 11414上海交通大学上海交通大学 残余应力残余应力基于基于非线性非线性曲线的变化过程曲线的变化过程原始残余应力原始残余应力原始残余应力原始残

9、余应力振动后残余应力振动后残余应力振动后残余应力振动后残余应力t1t1t5t5t3t3t2t2t4t4tntn1515上海交通大学上海交通大学 残余应力残余应力基于基于t t、dd的变化过程的变化过程t原始残余应力原始残余应力原始残余应力原始残余应力振动后振动后振动后振动后残余应力残余应力残余应力残余应力动应动应动应动应力低力低力低力低动应动应动应动应力中力中力中力中动应动应动应动应力高力高力高力高动应力幅值动应力幅值动应力幅值动应力幅值dd1616上海交通大学上海交通大学 3 振动时效替代热时效的原则与技术要求振动时效替代热时效的原则与技术要求n考虑以尺寸稳定性考虑以尺寸稳定性 为目标的时效

10、工艺；为目标的时效工艺；1717上海交通大学上海交通大学 VSRVSR与热时效的比较与热时效的比较振动时效振动时效振动时效振动时效热时效热时效热时效热时效消应力消应力消应力消应力消应力、消应力、消应力、消应力、去氢、恢复塑性去氢、恢复塑性去氢、恢复塑性去氢、恢复塑性效果：效果：效果：效果：2020202050505050效果：效果：效果：效果：4040404080808080适合大型重型构件适合大型重型构件适合大型重型构件适合大型重型构件尺寸受炉膛限制尺寸受炉膛限制尺寸受炉膛限制尺寸受炉膛限制周期短（几十分钟）周期短（几十分钟）周期短（几十分钟）周期短（几十分钟）周期长（数十个小时）周期长（数

11、十个小时）周期长（数十个小时）周期长（数十个小时）无污染无污染无污染无污染有污有污有污有污无表面氧化无表面氧化无表面氧化无表面氧化表面氧化表面氧化表面氧化表面氧化工艺变形小工艺变形小工艺变形小工艺变形小工艺变形较大工艺变形较大工艺变形较大工艺变形较大不适合需低温韧性的构件不适合需低温韧性的构件不适合需低温韧性的构件不适合需低温韧性的构件不适合异种金属构件不适合异种金属构件不适合异种金属构件不适合异种金属构件1818上海交通大学上海交通大学 振动时效与热时效效果示比较意图振动时效与热时效效果示比较意图应应力力(Mpa)热时效热时效振动时效振动时效时间：时间：振动时效分钟振动时效分钟；热时效小时热

12、时效小时弹性极限弹性极限/原始残余应力水平原始残余应力水平(MpaMpa)弹性工作带宽弹性工作带宽(MpaMpa)1919上海交通大学上海交通大学 4 振动时效技术标准振动时效技术标准1:1:机械电子工业部于机械电子工业部于19911991年年1111月月2727日批日批准，准，19921992年年7 7月月1 1日实施的（日实施的（JB/T5926-JB/T5926-9191）；20032003年将颁布修改标准。年将颁布修改标准。2:2:机械研究院机械研究院20032003年将颁布焊接构件的年将颁布焊接构件的振动时效技术标准振动时效技术标准。2020上海交通大学上海交通大学 技术标准技术标准

13、2121上海交通大学上海交通大学 技术标准中有关构件设计的内容技术标准中有关构件设计的内容 材料：材料：材料：材料：适合碳素结构钢、低合金钢、铜和铜合金、铝适合碳素结构钢、低合金钢、铜和铜合金、铝适合碳素结构钢、低合金钢、铜和铜合金、铝适合碳素结构钢、低合金钢、铜和铜合金、铝和铝合金、不锈钢、钛及钛合金熔化焊焊接构件的和铝合金、不锈钢、钛及钛合金熔化焊焊接构件的和铝合金、不锈钢、钛及钛合金熔化焊焊接构件的和铝合金、不锈钢、钛及钛合金熔化焊焊接构件的振动时效处理。振动时效处理。振动时效处理。振动时效处理。对其它材质焊接结构进行振动时效时，应首先对其它材质焊接结构进行振动时效时，应首先对其它材质焊

14、接结构进行振动时效时，应首先对其它材质焊接结构进行振动时效时，应首先进行类似材料及工艺的评定进行类似材料及工艺的评定进行类似材料及工艺的评定进行类似材料及工艺的评定 2222上海交通大学上海交通大学 n n频率：频率：频率：频率：对重大、关键构件可做实际边界条件下的对重大、关键构件可做实际边界条件下的对重大、关键构件可做实际边界条件下的对重大、关键构件可做实际边界条件下的动应力有限元分析，求解出结构在动应力有限元分析，求解出结构在动应力有限元分析，求解出结构在动应力有限元分析，求解出结构在16161616200Hz200Hz200Hz200Hz范围范围范围范围内的固有频率和振型，以确定支撑点、

15、激振点和拾内的固有频率和振型，以确定支撑点、激振点和拾内的固有频率和振型，以确定支撑点、激振点和拾内的固有频率和振型，以确定支撑点、激振点和拾振点的位置。振点的位置。振点的位置。振点的位置。n n动应力动应力动应力动应力 振动动应力振动动应力振动动应力振动动应力dddd应为工作应力的应为工作应力的应为工作应力的应为工作应力的1/21/31/21/31/21/31/21/3，或，或，或，或按：按：按：按：（b-s)/3db/3b-s)/3db/3b-s)/3db/3b-s)/3db/32323上海交通大学上海交通大学 n n振动时效工艺文件：振动时效工艺文件：振动时效工艺文件：振动时效工艺文件：

16、在进行焊接构件振动时效工艺前，应由技在进行焊接构件振动时效工艺前，应由技在进行焊接构件振动时效工艺前，应由技在进行焊接构件振动时效工艺前，应由技术人员编写和下达振动时效工艺文件。术人员编写和下达振动时效工艺文件。术人员编写和下达振动时效工艺文件。术人员编写和下达振动时效工艺文件。n n振动时效工艺效果的评定振动时效工艺效果的评定振动时效工艺效果的评定振动时效工艺效果的评定 工艺参数观测法：工艺参数观测法：工艺参数观测法：工艺参数观测法：频率幅度（频率幅度（频率幅度（频率幅度（a-n)a-n)a-n)a-n)；时间幅度；时间幅度；时间幅度；时间幅度(a-t)(a-t)(a-t)(a-t)残余应力测量比较法残余应力测量比较法残余应力测量比较法残余应力测量比较法 尺寸精度稳定性测量法尺寸精度稳定性测量法尺寸精度稳定性测量法尺寸精度稳定性测量法 2424上海交通大学上海交通大学 标准附录的内容：标准附录的内容：n n非熔化焊结构的振动时效可参考本标准；非熔化焊结构的振动时效可参考本标准；n n接头应力集中系数应小于接头应力集中系数应小于2.82.8；n n振动时效无去氢和恢复塑性的功能不易用于