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球磨機軸頭殘余應力測量與消除

2023年08月23日 14:41:03人氣:202來源:南京聚航科技有限公司

球磨機軸頭是建陶大型旋轉粉碎機械的關鍵部件,它起著支承和旋轉球磨機滾筒機體的重要作用。實心軸頭直徑350mm,周圍焊接加強環直徑590mm厚度200mm,軸頭和加強環焊接在球磨機圓滾筒上。由于在焊接處產生不均的溫度場,使溫度應力和相變應力分布不均勻將導致焊縫處產生較大的塑性變形,從而產生焊接殘余應力。殘余應力的存在會影響軸頭的強度疲勞壽命,產生結構變形,焊接件易發生脆性破壞。因此,球磨機軸頭殘余應力測量和消除就變得尤為重要。

盲孔法測殘余應力原理

本次試驗采用盲孔法測量球磨機軸頭焊接殘余應力,盲孔法測量殘余應力就是在被測點上鉆一個小孔,使被測點的應力得到部分的釋放,測出的鉆孔前后相應的應變差,根據應力、應變關系式及無應力材料的標定值,在根據彈性力學理論計算出殘余應力,鉆孔的直徑深度都不大,不會影響被測構件的正常使用,并且這種方法具有較好的精度,因此,它已成為應用比較廣泛的方法。

振動時效工藝原理

本次試驗采用振動時效工藝消除球磨機軸頭焊接殘余應力,其工作原理是通過振動,使工件內部殘余的內應力和附加的振動應力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候,使材料發生微量的塑性變形,從而使材料內部的內應力得以松弛和減輕。因其環保、節能、省時成為常用的消除應力方法。

試驗過程

測量儀器采用JHMK多通道殘余應力測量系統,由JHYC靜態應變儀和JHZK鉆孔裝置組成。接線方案采用半橋補償塊補償方法,在軸機頭焊縫附近同一圓周上對稱粘貼A、C、E、G4個直角應變花。加強環焊縫附近同一圓周上也對稱粘貼B、D、F、H4個直角應變花,應變花粘貼位置如圖1,盲孔的位置在8個應變花附近,a=7.5,深度h=16mm。振動時效設備采用JH-600A液晶交流振動時效設備,振動時效處理時球磨機軸頭下面墊有四個橡膠墊,如圖1。

球磨機軸頭.png

 

1球磨機軸頭應變花布置圖

測試結果

振動時效前測得結果和用振動時效設備對軸頭進行時效后的結果見表1和表2。

1振動前后的試驗結果

測點

振前

振后

平均應力降低率(%)

με

MPa

με

MPa

A

ε1

-250

σ1

-300

ε1

-205

σ1

-275

8

ε2

-55

σ2

-90

ε2

-85

σ2

-85

ε3

+55

σm

+195

ε3

0

σm

+180

B

ε4

-75

σ1

-476

ε14

-315

σ1

+10

100

ε5

-5

σ2

-213

ε25

+10

σ2

-10

ε6

-265

σm

+340

ε36

0

σm

0

C

ε7

+195

σ1

+408

ε7

-190

σ1

-244

25

ε8

-130

σ2

+62

ε8

-75

σ2

-106

ε9

+40

σm

+234

ε9

+15

σm

+175

D

ε10

-210

σ1

-248

ε10

-105

σ1

-158

26

ε11

-60

σ2

-73

ε11

-98

σ2

-78

ε12

+50

σm

+161

ε12

-13

σm

+11

E

ε13

-265

σ1

-339

ε13

-70

σ1

-110

60

ε14

-90

σ2

-142

ε14

-50

σ2

-80

ε15

+25

σm

+241

ε15

-25

σm

+95

F

ε16

-190

σ1

-30

ε16

-35

σ1

-65

37

ε17

-190

σ2

-160

ε17

-35

σ2

-55

ε18

-40

σm

+95

ε18

-25

σm

+60

G

ε19

-400

σ1

-560

ε19

-135

σ1

-200

61

ε20

-225

σ2

-280

ε20

-100

σ2

-130

ε21

+20

σm

+420

ε21

-30

σm

+165

H

ε22

-310

σ1

-438

ε22

-150

σ1

-205

54

ε23

-215

σ2

-242

ε23

-90

σ2

-105

ε24

-30

σm

+340

ε24

-5

σm

+155

 

2振動前后的分析結果

測試位置

振前平均應力

振后平均應力

應力降低率

振前應力幅值△σ1

振后應力幅值△σ2

振前波動率

振后波動率

軸環縫

272.25

153.75

43.5%

654

85

240%

55.3%

加強板環縫

233.87

83.25

64.4%

245

155

104.7%

186.2%

結論

1. 焊接殘余應力越高,振動時效處理降低應力越多均化應力越好。

2. 環縫殘余應力降低43.5%,波動率由240%降低到55.3%,應力均化效果好。

3. 加強板環縫殘余應力降低64.4%,波動率變大是由于振后平均應力變得很低所致。

4. 采用盲孔法對球磨機軸頭進行殘余應力測量是可行的。


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