冷却壁振动时效及热时效应力测试

发布人：发布时间：2014-06-24

一、前 言
      受河北天宇委托，大连理工大学力学系采用盲孔法对该公司生产的四件铸造构件冷却壁进行时效前后的残余应力测试，对振动时效前后和热时效前后的应力分布与水平进行评价。

二、试验目的和试验依据
      1、冷却壁热时效前后的应力进行分析
      2、冷却壁振动时效前后的应力进行分析

三、测点分析 

图1：测点布置图
      本次测试四件铸钢构件，两种型号各两件分别采用热时效和振动时效处理，进行时效前后的应力测试对比。
      时效前后应力分布状态
      1、热时效、编号：6-1-10和8-1-8两件铸钢构件时效分析
编号：6-1-10  热时效测试数据
材料物理参数：
       E:0.21GPa
       u:0.30
测试工艺参数：
   孔径a:2.0mm
      r1:2.0mm
      r2:4.0mm
测量数据:
************************************
  1: -596 -681 -539 -510 -508 -386
  2: -329 -319 -282 -315 -344 -437
  3: -518 -521 -513 -440 -519 -654
  4: -831 -850 -789 -396 -347 -272
  5: -493 -532 -570 -483 -472 -504
************************************
计算结果:
-------------------------------------------------------------------
           σ1(MPa)                σ2(MPa)              (度)
 测点 ----------------------   ---------------------  -------------
      时效前  时效后  ******率%  时效前  时效后 ******率% 时效前 时效后
-------------------------------------------------------------------
   1:  211.84  165.75   21.8   154.85  123.73   20.1  -37.95 -22.03
   2:  105.30  138.25  -31.3    92.10  104.71  -13.7  -14.94 -13.84
   3:  168.02  203.65  -21.2   165.08  149.79    9.3  -32.78  -7.33
   4:  272.69  123.33   54.8   250.69   92.48   63.1  -31.15  -5.92
   5:  181.09  165.26    8.7   162.34  153.61    5.4    0.37 -31.99
-------------------------------------------------------------------
平均:  187.79  159.25   15.2   165.01  124.87   24.3     /     /
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编号6-1-10构件从以上五组数据分析
测点1、时效前主应力值 σ1：211.84MPa   
        时效后主应力值 σ1：165.75MPa 
        ******率：21.8%   小结：时效后应力降低，但低于标准要求
测点2、时效前主应力值 σ1：105.30MPa 
       时效后主应力值 σ1：138.25MPa 
       ******率    -31.3%    小结：时效后应力增加
测点3、时效前主应力值 σ1：168.02MPa 
       时效后主应力值  σ1：203.65MPa 
       ******率    -21.2%    小结：时效后应力增加
测点4、时效前主应力值 σ1：272.69MPa   
        时效后主应力值 σ1：123.33MPa 
        ******率：54.8%   小结：时效后应力降低达到标准要求
测点5、时效前主应力值 σ1：181.09MPa     
        时效后主应力值 σ1：165.26MPa 
        ******率：  8.7%   小结：时效后应力降低但低于标准要求
      结论：编号6-1-10构件主应力区平均应力值为时效处理前187.89MPa。时效处理后159.25MPa。******率为15.2%。低于标准25%要求
编号8-1-8热时效测试数据
材料物理参数：
       E:0.21GPa
       u:0.30
测试工艺参数：
   孔径a:2.0mm
      r1:2.0mm
      r2:4.0mm
测量数据:
************************************
  1: -471 -481 -391 -399 -301 -256
  2: -299 -424 -573 -392 -432 -478
  3: -509 -520 -764 -578 -649 -756
  4: -418 -402 -438 -360 -240 -231
  5: -943 -874 -595 -883 -912-1240
************************************
-------------------------------------------------------------------
计算结果:
-------------------------------------------------------------------
           σ1(MPa)                σ2(MPa)              θ(度)
 测点 ----------------------   ---------------------  -------------
      时效前  时效后 ******率%   时效前 时效后  ******率% 时效前 时效后
-------------------------------------------------------------------
   1:  154.84  124.37   19.7   123.66   87.24   29.4  -25.67  10.17
   2:  174.35  151.03   13.4   107.38  130.04  -21.1   -2.50  -2.00
   3:  247.69  237.60    4.1   163.59  193.38  -18.2  -21.21  -5.72
   4:  145.06  116.19   19.9   131.49   74.75   43.2  -34.48  20.36
   5:  297.93  399.64  -34.1   198.96  286.26  -43.9  -15.55 -19.97
-------------------------------------------------------------------
平均:  203.97  205.77   -0.9   145.02  154.34   -6.4     /     /
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编号8-1-8构件从以上五组数据分析
测点1、时效前主应力值 σ1：154.84MPa   
        时效后主应力值 σ1：124.37MPa 
        ******率：19.7%   小结：时效后应力降低，低于标准要求
测点2、时效前主应力值 σ1：174.35MPa 
       时效后主应力值 σ1：151.03MPa 
       ******率    13.4%   小结：时效后应力降低，低于标准要求
测点3、时效前主应力值 σ1：247.69MPa 
       时效后主应力值  σ1：237.60MPa 
       ******率    4.1%  小结：时效后应力降低，低于标准要求
测点4、时效前主应力值 σ1：145.06MPa   
        时效后主应力值 σ1：116.19MPa 
        ******率：19.9%   小结：时效后应力降低，低于标准要求
测点5、时效前主应力值 σ1：297.93MPa     297.93  399.64  -34.1
        时效后主应力值 σ1：399.64MPa 
        ******率：-34.1% 小结：改点时效后应力值超过材料屈服极限不做结论！
      结论：编号6-1-10构件测点1-4主应力区平均应力值为时效处理前180.48MPa。时效处理后157.30MPa。******率为12.8%。低于标准25%要求

四、振动时效工艺及参数分析：
按着工艺要求，有两件冷却壁进行振动时效处理、
1、编号分别是6-1-7和8-1-8.采用振动台工艺，将两件冷却壁用刚性连接固定在特制的振动平台上，使其降低固有频率，减少环境噪音、振动幅度大，时效效果好的优点进行******应力。振动时效设备采用VSR-08Y型振动******应力系统，激振器为2200KW 50KN，该激振器特点输出功率大。（详情请看图片n）

1、 工艺曲线分析：

四、数据处理方法
焊缝焊接残余主应力与主应力夹角计算公式


五、试验结果
1、局部热处理 风机机架焊缝焊接残余应力测试结果
材料物理参数：   E= 0.21GPa       u= 0.30
测试工艺参数：   孔径a= 2.0mm    r1=2.0mm      r2=4.0mm
测量数据： 应变με
************************************
  1:  -890   -369   89    0    0    0
  2:  -554   -290   53    0    0    0
************************************

计算结果：
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        σ1(MPa)                  σ2(MPa)                 θ(度)
 测点 ----------------------           ---------------------            -------------
       振前     振后  ******率%  振前   振后    ******率%   振前   振后
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
   1:  248.82    0.00   100.0     9.96    0.00    100.0      1.84    0.00
   2:  155.45    0.00   100.0     6.41    0.00    100.0      -3.71   0.00
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
平均:  202.14    0.00   100.0     8.19    0.00    100.0        /      /
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2、热处理 风机机架焊缝焊接残余应力测试结果
热时效测试数据


测量数据： 应变με
*********************************************
  1:  -815   -407   -115   -175   -153   -144
  2:  -825   -776   -167   -231   -143   -80
  3:  -1076  -429   -200   -219   -173   -138
  4:  -1045  -733   -87    -163   -140   -130
  5:  -1115  -695    60    -376   -167    22
*********************************************

计算结果:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
        σ1(MPa)                σ2(MPa)                    θ(度)
 测点 ----------------------          --------------------             -------------------
        振前    振后  ******率%    振前   振后  ******率%    振前   振后
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
   1:  236.61   55.62   76.5       63.85   47.44   25.7       4.70   11.38
   2:  265.43   68.87   74.1       55.06   31.61   42.6      -20.20   4.70
   3:  324.29   67.62   79.1       87.96   47.72   45.8       12.75   3.87
   4:  306.37   51.65   83.1       59.35   43.01   27.5      -9.61   10.75
   5:  319.17  105.70   66.9       21.68    8.67   60.0      -7.96   1.44
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平均:  290.37   69.89   75.9       57.58   35.69   38.0        /      /


3、振动时效处理 风机机架焊缝焊接残余应力测试结果
材料物理参数：   E= 0.21GPa       u= 0.30
测试工艺参数：   孔径a= 2.0mm    r1=2.0mm      r2=4.0mm
测量数据： 应变με
****************************************
  1:  -815   -407   -115  -545  -157  175
  2:  -825   -776   -167  -605  -395   83
  3:  -1076  -429   -200  -605  -395   83
  4:  -1045  -733   -87   -718  -292  188
  5:  -1115  -695    60   -700  -468  119
****************************************
计算结果:
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         σ1(MPa)                 σ2(MPa)                θ(度)
 测点 ----------------------            ---------------------         ---------------------
        振前   振后  ******率%    振前   振后   ******率%   振前   振后
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
   1:  236.61  147.69   37.6      63.85  -28.15   144.1      4.70    2.22
   2:  265.43  174.21   34.4      55.06   -5.56   110.1     -20.20  -10.64
   3:  324.29  174.21   46.3      87.96   -5.56   106.3      12.75  -10.64
   4:  306.37  196.11   36.0      59.35  -24.88   141.9     -9.61   -1.71
   5:  319.17  202.52   36.5      21.68  -14.81   168.3     -7.96   -11.72
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平均:  290.37  178.95   38.4      57.58  -15.79   127.4       /       /
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六、试验结论
      测量结果表明时效前，风机机架焊缝焊接残余应力较大，接近300MPa左右，且分布不均匀，因此在加工过程中工件尺寸精度很难保证。
振动时效后，风机机架焊缝焊接残余应力整体降低约38%，接近180MPa，且分布趋于均匀，达到了振动时效的目的，满足规范JB10375-2002 的要求，因此可以确保加工过程中工件尺寸精度要求。