CN101003850A - 降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺 - Google Patents

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闫方臣
郭健
王明彬
吴德忠
李洪岭
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Abstract

本发明提供了一种采用振动时效方法降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺。该工艺是：以在同一圆周上均布的三点作为支撑点，各支撑点上设置橡胶垫，将电动机机座外壁板均允固定在橡胶垫上进行振动时效0.5－1小时，振动时效时以两个支撑点之间的中垂线与外壁板上圆孔的交点处为激振点，以距激振点1/3圆孔周长处作为拾振点，激振力为工作应力的1/3。本发明采用振动时效代替传统的热时效工艺来降低焊接结构电动机座的焊接残余应力，通过选择合适的激振力，合适的激振点位置，使激振效果达到最佳状态，操作灵活，降低应力效果明显，且高效、节能、无污染，与热时效比较，节能显著。

Description

降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺
技术领域
本发明涉及降低焊接结构的电动机机座残余应力的工艺方法。
背景技术
机座是大型电动机的关键部件之一，由大型钢板组焊而成，复杂结构，如图1和图2所示，主要由横向的外壁板A1、外壁板B5、内壁板3和轴向的多根支撑筋4焊接构成主骨架，然后与侧板2等零件焊接而成，外壁板上带有圆孔6。在焊接过程中，焊缝局部高温熔化，随焊随凝固，在焊缝附近，母材与焊缝之间存在拉压应力，部分应力来不及释放，就会残留在焊缝处形成焊接残余应力，由于机座两端面内焊缝交错密集，焊接残余应力颁布较广且应力集中程度高，A、B两端面使用要求精度高稳定性好，不允许出现变形现象，其次是膛内框架上的拉筋，要求也是如此，以免出现使用过程中扫膛现象，因此，如果不进行时效处理，将直接影响电动机机座的精度及使用寿命。凡能消除(或均衡)工件内部残余应力，使工件尺寸精度趋于稳定的方法都叫做时效。
传统的时效方法是热时效工艺方法，如图3所示。采用热时效的工艺方法降低机座焊接残余应力的缺点是：操作复杂，处理效率低下，一般不少于24小时，并且受环境、场地、工件大小和材质等的限制，残余应力消除率不高，浪费能源，污染环境。
振动时效技术又称振动消除应力法，就是振动消除(均衡)工件残余应力的方法，是利用振动时效装置对工件进行激振，使构件获得共振，引起工件微小塑性变形，促使其内部残余应力降低和均化，达到稳定尺寸，增强抗变形能力的目的。由于它在降低残余应力、减少变形、稳定精度，尤其是节约能源，减少污染等方面的显著功效，使得在七十年代末引入我国之后，很快得到了机床行业的认可和应用推广。
振动时效要取得好的效果主要是选择工件支撑点、激振点、拾振点和激振力，目前振动时效的方法还没有应用在大型电动机机座焊接残余应力的降低中，更没有完善的一套工艺。
发明内容
针对现有电动机机座焊接残余应力降低技术的不足，本发明提供一种采用振动时效方法降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺。
本发明的降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺是：
以在同一圆周上均布的三点作为支撑点，各支撑点上设置橡胶垫，将电动机机座外壁板均允固定在橡胶垫上进行振动时效0.5-1小时，振动时效时以两个支撑点之间的中垂线与外壁板上圆孔的交点处为激振点，以距激振点1/3圆孔周长处作为拾振点，激振力为工作应力的1/3。
本发明采用振动时效代替传统的热时效工艺来降低焊接结构电动机座的焊接残余应力，通过选择合适的激振力，合适的激振点位置，使激振效果达到最佳状态，操作灵活，降低应力效果明显，且高效、节能、无污染，与热时效比较，节能显著。
附图说明
图1是焊接结构电动机机座的结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是焊接结构电动机机座采用传统热时效工艺的示意图。
图4是焊接结构电动机机座采用传统热时效工艺时残余应力测试测点的布置图。
图5是焊接结构电动机机座采用传统热时效工艺时的残余应力采用测试时应变片的布置图。
图6是焊接结构电动机机座采用本发明的振动时效工艺的前后幅频曲线图。
图7是焊接结构电动机机座采用本发明的振动时效工艺的幅时曲线图。
图中：1、外壁板A，2、侧板，3、内壁板，4、支撑筋，5、外壁板B，6、圆孔，7、支撑点，8、激振点，9、拾振点。
具体实施方式
实施例
本发明的降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺如图2所示。是以在同一圆周上均布的三点作为支撑点7，各支撑点7上设置橡胶垫，将电动机机座外壁板均允固定在橡胶垫上进行振动时效一小时，振动时效时以两个支撑点之间的中垂线与外壁板上圆孔6的交点处为激振点8，以距激振点8约1/3圆孔6的周长处作为拾振点9，激振力为工作应力的1/3。工作应力为材料的屈服极限与修正系数的乘积，修正系数可通过实验或经验得到。
选定同一尺寸规格和制造工艺的两个焊接结构的电动机机座，分别按本发明进行振动时效处理和热时效处理，对两种工艺处理前后各自应力变化进行检测计算和对比分析，对于采用振动处理的机座，其残余应力测定用应变电法，分析检测其振前，振后应变变化量，然后计算残余应力变化。对另一采用图2所示热时效处理的机座，其应力变化采用盲孔法测定，为了使两组数值直接对比，其静态测点布置一致。测点布置如图4所示，应变片布置如图5所示，振动时效特征曲线由振动时效仪自动给出。
外壁板A面测点残余应力测试结果如下表1：
    测点    振前(Mpa)    振后(Mpa)     消除率(％)
    A1A2A3A4A5均值    130.7118.375.3105.299.7105.8    73.981.253.670.463.168.4     43.531.428.933.136.735.3
外壁板B面测点残余应力测试结果如下表2：
    测点     振前(Mpa)    振后(Mpa)     消除率(％)
    A1A2A3A4A5均值     142.3128.488.797.2104.3112.18    73.981.253.670.463.168.4     72.540.420.536.95.938.3
热时效处理工艺处理机座残余应力测试结果如下表3：
  测点    振前(Mpa)    振后(Mpa)     消除率(％)
  12345均值    155.0134.199.8147.7114.3130.2    104.877.266.391.878.383.7     32.442.433.637.831.535.7
结果分析：
1.从图6、图7时效特征曲线可以看出，振动时效工艺使振后的幅频曲线峰值点左移，使幅使曲线缓慢上升后变平，从而根据现行国家标准JB/T5926之4.1.2条，判定振动时效达到了降低残余应力的目的，从表1、表2所列的由振动所致的残余应力降低值可以看出，外壁板A和外壁板B两面外壁板振动残余应力消除平均在35-39％之间，部分区域达70％以上，说明振动时效引起的应力降低效果非常明显。
2.对比表1、表2、表3的数值结果，可以看出两种时效工艺处理效果的优劣，单从残余应力平均消除率看，热时效为35.7％，振动时效A面为35.3％B面为38.3％，二者相似。但应当指出的是，因受机座制造工艺的要求，热处理后的机座在应力测试前已经喷砂处理由于扩盲孔只有2-2.5毫米深，这对于20毫米以上的板厚的机座来说，盲孔法仅相当于测试表面应力变化，而喷砂处理对工件表面去应力效果约为10-20％，如果去除喷砂处理对消除应力的影响，热时效的平均应力消除率仅为25％左右。
3.另一方面，从振动机座部分区域的残余应力消除率较高可以得出，在完善时效振动工艺的基础上，完全可以进一步降低振后残余应力，从而提高整个焊接结构的残余应力消除率。
本发明采用振动时效工艺，具有以下优点：
1.高效节能无污染：振动时效是发球机械振动范畴，是利用机座固有的共振特性，经较少的激振力激发机座产生共振，因此振动时效具有极大的节能潜力，与热时效比较，节能效果非常显著，一般用热时效处理一吨工件，能耗费用在70-120元，而振动时效处理一吨工件在0.8-1.5元。工件越大，节能越明显，振动时效只消耗少量二次能源，因此不排放任何污染物，从处理效率考虑，热时效一般不少于24小时，而振动时效不超过1小时，可见振动时效是一种高效的处理方法。
2.使用灵活：振动时效装置是一种便携式设备，因此用该方法处理机座无需单独布置场地，只在机座作业现场就地处理。
3.易操作：采用振动时效系统，在自动模式下运行，系统便自动完成振动时效的处理过程。
4.振动时效可以提高机座的金属的力学性能：
(1)不改变机座原金属的抗拉性能，而热时效则降低机座的金属抗拉性能。
(2)断裂韧性有所提高，约10％。
(3)提高机座的金属疲劳极限，
(4)提高机座抗静，动态载荷变形能力，稳定机座尺寸精度方面优于热时效。
本发明在降低电动机座焊接残余应力时的工艺要点是：
1.首先分析机座的振动特性，根据机座的力学性能参数制定合理的振动时效工艺，
2.根据机座的结构和材料，选择合适的激振力，才能使残余应力消除到理想程度。
3.适当选择激振点的位置，使激振效果达到最佳状态。

Claims (1)

1.一种降低焊接结构电动机机座残余应力的工艺，其特征是：
以在同一圆周上均布的三点作为支撑点，各支撑点上设置橡胶垫，将电动机机座外壁板均允固定在橡胶垫上进行振动时效0.5--1小时，振动时效时以两个支撑点之间的中垂线与外壁板上圆孔的交点处为激振点，以距激振点1/3圆孔周长处作为拾振点，激振力为工作应力的1/3。
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