混凝土機(jī)械臂架總成的生產(chǎn)是整個工程機(jī)械生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工程機(jī)械臂架的生產(chǎn)通常采用拼裝阻焊工藝，即將四塊鋼板阻焊成箱體結(jié)構(gòu)。隨著工程機(jī)械臂架生產(chǎn)周期的縮短與臂架長度的逐步增大，臂架阻焊變形引起的后期裝配問題也被提上了日程，例如，臂架整體的變形過大引起的裝配問題及后期臂架的干涉等，增加了臂架的返工率，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。
焊接殘余應(yīng)力的存在大大影響了工程機(jī)械的生產(chǎn)進(jìn)度，通過選擇合理的焊接工藝參數(shù)，可以在一定程度上降低焊接殘余應(yīng)力。但是，對于大型焊接箱體來說，箱體阻焊存在著焊接工藝實(shí)施的局限性，效果并不顯著。為達(dá)到生產(chǎn)工藝要求的效果，有必要在臂架阻焊后，機(jī)械加工前進(jìn)行時效處理，降低或消除臂架焊接位置的殘余應(yīng)力。消除殘余應(yīng)力方法主要有自然時效法、熱時效法和振動時效法。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，自然時效法不利于生產(chǎn)周期的縮短，熱時效法成本太高，所以考慮振動時效工藝消除殘余應(yīng)力。
振動時效參數(shù)的選擇
激振力的選取應(yīng)考慮材料屈服點(diǎn)及屈服強(qiáng)度的變化，激振頻率的選取應(yīng)根據(jù)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)為依據(jù)，并考慮構(gòu)件的振型。關(guān)于激振力的選擇，如果施加的激振力比較小則消除殘余應(yīng)力的效果比較差，太大則可能超過工件的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)消除工件表面的殘余應(yīng)力時，激振力的選擇應(yīng)使其產(chǎn)生的動應(yīng)力σd≤σ-1；消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力時，其產(chǎn)生的動應(yīng)力σd≤σ0.01.
頻率因素影響振動效果的極差極大，共振頻率下消除殘余應(yīng)力的效果要好得多，而此時原始?xì)堄鄳?yīng)力越大，采用大的激振動力，則振動處理消除殘余應(yīng)力的效果更好。采用較小的能耗，選擇主振峰值的1/3-2/3所對應(yīng)的頻率為主振頻率，不會對工件造成疲勞損傷，還可以提高工件的疲勞壽命。
不同結(jié)構(gòu)件重量，給出了如下參考時間，如表1。
表1 振動時間的選擇與工件重量的關(guān)系
工件重量 | ＜1 | 1-4.5 | 大于4.5 |
振動時間 | 10-20 | 20-30 | 30-45 |
振動時效的效果
當(dāng)焊接接頭采用振動時效處理后，接頭部位的殘余應(yīng)力會發(fā)生較大變化。采用盲孔法對某桿件焊接焊縫附近振動時效前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測。結(jié)果如表2。
表2 盲孔法對振動時效前后殘余應(yīng)力的測試結(jié)果
振前殘余應(yīng)力/MPa | 振后殘余應(yīng)力/MPa | ||||
最大應(yīng)力 | 最小應(yīng)力 | 差值 | 最大應(yīng)力 | 最小應(yīng)力 | 差值 |
453.7 | -55.7 | 509.4 | 272.3 | 145.7 | 126.6 |
318.1 | 229.0 | 89.1 | 129.6 | 76.5 | 53.1 |
同時，采用劃線機(jī)對經(jīng)過振動時效處理的拼裝阻焊的彎臂進(jìn)行測量，彎臂長約10m，假定彎臂在振動時效處理前后根部中心面未發(fā)生變化，并以此為基準(zhǔn)，依次取彎臂不同位置多個點(diǎn)，測量其到中心面的距離變化，測量結(jié)果如表3。
表3 振動前后距離變化
取點(diǎn)個數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
振動時效前后距中心面距離 | 352 | 284 | 311 | 285 | 261 | 238 | 203 | 187 | 183 |
振動時效后距中心面距離 | 369 | 309 | 332 | 308 | 287 | 265 | 233 | 217 | 214 |
差值 | 17 | 25 | 21 | 23 | 24 | 27 | 30 | 30 | 31 |
可見，振動時效在一定程度上可降低和均化工件焊接部位的殘余應(yīng)力，并加速臂架焊接應(yīng)力的快速釋放，縮短了臂架焊接變形的時間，為后續(xù)加工的穩(wěn)定性打下基礎(chǔ)。
振動時效提高臂架裝配及作業(yè)的穩(wěn)定性
臂架阻焊后進(jìn)行振動時效處理，可以讓臂架加速應(yīng)力釋放并產(chǎn)生變形。通過后續(xù)機(jī)加工藝的實(shí)施，可保證臂架的裝配精度，從根本上解決臂架生產(chǎn)后期精度變差的問題。
同時在臂架作業(yè)時，其會承受較大的動載荷，這種動載荷是由于臂架的收展、變幅俯仰運(yùn)動以及承載時的沖擊造成的。臂架工作時的實(shí)際應(yīng)力是動載荷引起的應(yīng)力和殘余應(yīng)力的疊加。若在生產(chǎn)過程中，殘余應(yīng)力已經(jīng)得到釋放，則會在一定程度上減少臂架工作時承受的實(shí)際應(yīng)力，提高臂架的抗疲勞能力。據(jù)統(tǒng)計，振動時效可降低工件殘余應(yīng)力30%-70%，提高工件抗變形能力12%-23%，可與熱時效效果相比。
總結(jié)
1. 隨著工程機(jī)械臂架生產(chǎn)周期的縮短和臂架長度的逐步增大，臂架組焊后殘余應(yīng)力的釋放會引起后期生產(chǎn)的一系列問題，臂架生產(chǎn)需要引進(jìn)新的工藝；
2. 振動技術(shù)的成熟和研究，為振動技術(shù)在工程機(jī)械臂架生產(chǎn)上的應(yīng)用提供了有利的參考依據(jù)。通過合理化參數(shù)的選擇與實(shí)施，可提高臂架裝配的穩(wěn)定性及臂架作業(yè)時整體的穩(wěn)定性。
