冶金機械振動時效技術(shù)運用分析
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在冶金機械設(shè)備的生產(chǎn)過程中，存在著大量的焊接等過程。這使得機械設(shè)備在開始運行之后，焊接過程中存在的應(yīng)力將使機械設(shè)備的穩(wěn)定運行受到極為嚴重地影響。當前的生產(chǎn)過程中，熱處理法是消除應(yīng)力的常用方法，但這種方法的時間及資源消耗過大，難以取得有效的結(jié)果。由此振動時效技術(shù)得到了生產(chǎn)人員的廣泛推崇。
一、振動時效技術(shù)的相關(guān)概念
（一）振動時效技術(shù)振動時效技術(shù)指在振動時效設(shè)備的支持下，金屬工件內(nèi)部產(chǎn)生持續(xù)時間為0.5h左右的亞共振振動，從而消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，防止金屬工件在盈利的影響下發(fā)生變形或開裂，增加工件的使用壽命。這種技術(shù)現(xiàn)今已被廣泛應(yīng)用于對鑄件和焊接件的時效處理中。其原理為技術(shù)人員以共振的方式給工件施加應(yīng)力，從而使工件內(nèi)部形成施加應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加，并通過材料內(nèi)部的摩擦吸收能量。當吸收的能量達到某一限度值時，工件就會產(chǎn)生一系列微觀或宏觀的塑性力學(xué)變化，從而降低工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使工件的穩(wěn)定性和尺寸精度得以顯著提高。由此可以得出，振動時效本質(zhì)上是在金屬工件上以共振形式施加的交變應(yīng)力。通常情況下，冶金機械工程所用的構(gòu)建大多具有應(yīng)力集中存在的微觀缺陷。但在共振狀態(tài)下，金屬工件內(nèi)部的交變應(yīng)力與殘余應(yīng)力產(chǎn)生疊加，并在達到閾值后產(chǎn)生塑性形變，從而提高金屬工件的強度。這種應(yīng)力疊加的現(xiàn)象會在金屬工件內(nèi)部循環(huán)發(fā)生，直至工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力被完全消除，使金屬工件的質(zhì)量得以顯著提高。
（二）振動時效工藝振動時效工藝的流程較為簡單。首先將工件用膠墊支撐起來，隨后用專業(yè)的激振器與測振器來輔助工作，確保振動時效工藝的穩(wěn)定運行。同時，在全自動技術(shù)的支持下，技術(shù)人員便可以更為簡便的運用這一技術(shù)。首先，技術(shù)人員在振前尋找共振峰，自動設(shè)備會在確定共振峰后自動選擇最佳的共振點，并自動將時效曲線打印下來，痛死進行振后掃頻，確保振動工藝的運行質(zhì)量。從工藝過程中進行分析，工件在數(shù)以萬計的亞共振振動下會產(chǎn)生最大限度的圍觀塑性變形，從而使工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力被充分釋放，保證了工件的使用質(zhì)量。而從振動的動應(yīng)力分析，在振動時效過程中，工件內(nèi)部的交變應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加到閾值后，會在應(yīng)力集中最嚴重的區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，并使殘余應(yīng)力得到釋放。同時振動又在其他應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生同樣的作用，直至金屬工件停止發(fā)生塑性形變?yōu)橹?。因此，在振動時效工藝的支持下，金屬工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以充分消除，從而防止金屬工件產(chǎn)生變形，影響工件的使用壽命。
（三）振動時效設(shè)備完備的振動時效設(shè)備是全面實行振動時效技術(shù)的前提。在具體的應(yīng)用過程中，技術(shù)人員常用全自動型技術(shù)設(shè)備，并將相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)與曲線顯示出來。同時，全自動的工藝設(shè)備還可以將整個工藝流程以自動化的形式運行下來，不僅能使工藝的效果得到提高，而且可以降低操作難度。
（四）振動時效的特點及效益首先，振動時效技術(shù)的效果與其他常用的時效技術(shù)效果相同，各種技術(shù)之間可以相互交流，互通有無。其次，與其他方法比，振動時效技術(shù)操作簡單，不會受到太多的限制，可以使運輸環(huán)節(jié)得到最大限度地優(yōu)化。第三，振動時效技術(shù)所需的設(shè)備僅有電動機等較為簡單的設(shè)備，無論是處理時間還是所需耗能都比較少，屬于高效節(jié)能技術(shù)。此外，振動時效技術(shù)的應(yīng)用還能有效減少工期，提高工作效率。
（五）振動時效的優(yōu)勢與傳統(tǒng)處理方式相比，振動時效技術(shù)有著十分明顯的優(yōu)勢。由此受到冶金機械行業(yè)的廣泛推崇。總體來說，振動技術(shù)的優(yōu)勢有以下幾點，首先，在振動時效技術(shù)的支持下，企業(yè)不需要使用太過昂貴的機械設(shè)備，這不僅使設(shè)備的成本得到顯著降低，還可以防止在消除應(yīng)力效果不理想的現(xiàn)象產(chǎn)生。其次，振動時效工藝流程所需的時間較短，這是傳統(tǒng)消除應(yīng)力技術(shù)所不能企及的。此外，振動時效技術(shù)還可以與冶金機械加工過程相結(jié)合，既能減少部件的搬運古城，又能進一步提高應(yīng)力的消除效果，提高消除應(yīng)力的速率。第三，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，振動時效技術(shù)具有簡單便攜，易于操作的特點。同時，在共振時效技術(shù)的支持下，能源的耗費被進一步降低。經(jīng)過研究表明。熱時效等技術(shù)的耗能在振動時效技術(shù)的20倍以上。最后，共振時效的技術(shù)極易實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)方式，并能以進行有效的二次時效。
二、殘余應(yīng)力對構(gòu)件的影響
首先，在冶金機械工作過程中，技術(shù)人員依據(jù)先進的技術(shù)手段輔助設(shè)備運行，并對運行過程中出現(xiàn)的突發(fā)情況進行相應(yīng)的處理。然而，當金屬工件內(nèi)部存在殘余應(yīng)力時，殘余應(yīng)力會提高工件的疲勞程度，并促使工件內(nèi)部發(fā)生塑性變形，從而使工件的質(zhì)量降低。其次，殘余應(yīng)力的性質(zhì)極不穩(wěn)定，金屬工件在外力作用下，很容易發(fā)生局部塑性形變。在性變過程中，系統(tǒng)應(yīng)力需要對作用力與殘余應(yīng)力進行重新分布，這很容易導(dǎo)致工件在應(yīng)力分布過程中出現(xiàn)變形或開裂。因此，殘余應(yīng)力對工件的精度有很大的影響，甚至會使工件受到不可逆的損傷。
三、振動時效技術(shù)在冶金機械上的應(yīng)用方式
（一）設(shè)備放置設(shè)備放置主要分為兩種，一種為被處理的設(shè)備，主要包括構(gòu)件等；另一種為振動時效技術(shù)的相關(guān)設(shè)備，包括激振器和相關(guān)控制設(shè)備等。對于各類設(shè)備來說，工作人員需要按照特定的方式來放置設(shè)備。（1）構(gòu)建放置。技術(shù)人員需要在平坦的平臺上放置設(shè)備，且為了保證構(gòu)件對振動能量的完全吸收，構(gòu)件不能直接與地面接觸，而是要以橡膠圈等彈性物體來支撐設(shè)備，促進時效工藝的穩(wěn)定運行。（2）激振器放置。激振器也被稱為偏心電機，常被放置在被處理區(qū)域附近，給作用區(qū)域提供附加交變應(yīng)力。（3）振動設(shè)備放置。通常情況下，振動設(shè)備需要遠離激振器，這主要是為了有效消除激振器對設(shè)備的影響。同時有助于實現(xiàn)對振動頻率的檢測，同時促進對激振器運行參數(shù)的控制。例如在消除鋅冶煉設(shè)備的應(yīng)力過程中，由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)中存在一定的焊接板，且以直角的形式構(gòu)成。這使得設(shè)備中會產(chǎn)生較大的應(yīng)力。因此在消除應(yīng)力的過程中，技術(shù)人員應(yīng)先將設(shè)備放置在具備彈性底座的設(shè)備上，并在設(shè)備的一角安裝激振器。并在安裝完成后，利用控制系統(tǒng)對相關(guān)參數(shù)進行合理地控制。在控制過程中，技術(shù)人員應(yīng)注意選擇合適的參數(shù)，并對構(gòu)建有足夠的了解，這樣才能保證激振器對構(gòu)建施加的應(yīng)力符合技術(shù)要求。
（二）處理前應(yīng)力檢測在構(gòu)建的處理過程中，技術(shù)人員應(yīng)在流程開始之前對技術(shù)設(shè)備進行全面的檢測，并將檢測結(jié)果與正常的參數(shù)進行比較，從而確定需要處理的區(qū)域，并使用相關(guān)設(shè)備進行處理。在如今的冶金機械行業(yè)中，應(yīng)力檢測設(shè)備的種類有許多。最常見的是磁測應(yīng)力儀等高新技術(shù)。在應(yīng)力檢測過程中，各種板塊的銜接區(qū)域主要的檢測區(qū)域，特別是在設(shè)備的各個邊角中，這些區(qū)域的應(yīng)力更大。因此這些區(qū)域也是重點的檢測區(qū)域。經(jīng)過研究得知，這些應(yīng)力的存在給系統(tǒng)的運行帶來了很嚴重地阻礙，需要技術(shù)人員加以處理。
（三）參數(shù)確定在實際的應(yīng)用過程中，時效技術(shù)設(shè)備會以一定的頻率對相關(guān)區(qū)域的頻率進行掃描，或者利用設(shè)備的檢測結(jié)果對固有頻率進行推測。通常情況下，第二種方法的應(yīng)用較為廣泛。在第二種方法的支持下，技術(shù)人員對振動曲線進行研究分析，得出想要的結(jié)果。最后根據(jù)測量結(jié)果，我們可以知道，激振器的參數(shù)需低于轉(zhuǎn)速。并可以確定激振器的轉(zhuǎn)速為2590r/min。在這種轉(zhuǎn)速下，工藝系統(tǒng)進入亞共振狀態(tài)，技術(shù)人員只需確定處理時間便可以完成對參數(shù)的確定。通過計算，半個小時為最佳的處理時間，金屬工件內(nèi)部的應(yīng)力也得以更好的消除。
（四）處理后應(yīng)力檢測在完成對冶金設(shè)備的處理后，金屬工件相關(guān)區(qū)域已經(jīng)發(fā)生了一定的塑性變形。但是這種變形很難被肉眼觀察到。而且技術(shù)人員即便在確定工件發(fā)生變形的前提下，也要對相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理，從而導(dǎo)致應(yīng)力檢測流程較為繁瑣。通常情況下，技術(shù)人員在應(yīng)用應(yīng)力檢測設(shè)備過程中，按要求對相關(guān)區(qū)域進行檢測，最終得出數(shù)據(jù)結(jié)果。從整體上看，振動時效技術(shù)在構(gòu)件處理過程中有著極其重要的作用，能使金屬工件內(nèi)部的應(yīng)力得到有效地消除。
（五）工藝管理嚴格的工藝流程管理制度是時效技術(shù)穩(wěn)定運行的前提。只有工作人員能嚴格遵循工藝流程的各項制度，構(gòu)件的處理質(zhì)量才能得到充足的保證。在使用技術(shù)的過程中，技術(shù)管理人員需要對相關(guān)制度全面落實，明確各責任人之間的權(quán)責關(guān)系，從而保證工藝流程的穩(wěn)定運行。在各項工作中，生成振動曲線為最基礎(chǔ)的工作，技術(shù)人員要將各參數(shù)數(shù)據(jù)制成振動曲線，并由設(shè)備制造的企業(yè)進行驗收。當計算結(jié)果無法滿足驗收標準時，制造企業(yè)需要將該設(shè)備進行回收并再處理，從而保證最后的數(shù)據(jù)質(zhì)量，促進時效技術(shù)工藝的開展，提高金屬工件內(nèi)部的應(yīng)力消除效果。此外，在工藝管理過程中，技術(shù)人員還需對其他工作加以重視。如確定激振器參數(shù)、維護日常設(shè)備等，并強化管理制度在這些工作中的落實，從而確保各種設(shè)備的穩(wěn)定運行，進而使時效工藝設(shè)備在消除應(yīng)力過程中發(fā)揮重要作用。
（六）振動時效工藝曲線在評價振動工藝效果的過程中，振動時效工藝曲線是評價的主要標準。在工件經(jīng)過熱時效處理后，其表面會形成一層氧化皮。且在溫度記錄儀的支持下，技術(shù)人員可以根據(jù)記錄數(shù)據(jù)繪制溫度與時間的工藝曲線。這是評價熱時效處理效果的主要內(nèi)容。但在振動時效工藝中，工件并不會因振動時效處理而發(fā)生變化。因此，技術(shù)人員無法在外觀上評振動時效工藝效果。然而，技術(shù)可以將振動時效工藝曲線記錄下來，并將該曲線與振動時效工藝的標準相結(jié)合，從而確定振動時效的工藝效果。例如，在對某一罐體進行振動處理時，技術(shù)人員將振前掃頻曲線、時效曲線及等曲線進行記錄，并進行比較。每個曲線都反映了部件在不同情況下的振動頻率的情況。通常情況下，振前掃頻曲線反映了工件的固有頻率，時效曲線反映了工件在振動時效時間內(nèi)的振動狀態(tài)。在這些曲線的反應(yīng)下，技術(shù)人員可以充分了解亞共振振動模式的實質(zhì)，并按照行業(yè)標準來確定工藝要求。在實際生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員在評定振動時效工藝效果時均依據(jù)振動時效工藝曲線來確定，從而保證工藝流程的運行。
四、總結(jié)
從實際的生產(chǎn)結(jié)果中可知，如今的振動時效技術(shù)可以以更高的效率來消除金屬工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并防止工件在使用過程中出現(xiàn)變形或開裂等現(xiàn)象，從而延長攻堅的使用壽命。這不僅可以有效提高冶金接卸產(chǎn)品的質(zhì)量，還能為企業(yè)帶來更顯著且長久的經(jīng)濟效益。
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作者：杜衛(wèi) 單位：中天鋼鐵集團有限公司
