HXN5型機(jī)車(chē)車(chē)架振動(dòng)消除殘余應(yīng)力研究

李妍

摘 要： 通過(guò)對(duì)HXN5型機(jī)車(chē)車(chē)架振動(dòng)時(shí)效處理，選取合理的殘余應(yīng)力測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量及計(jì)算，繪制振動(dòng)時(shí)效曲線，振動(dòng)時(shí)效處理后，平均殘余應(yīng)力下降率約為65%，應(yīng)力很小且分布已經(jīng)均勻，完全符合振動(dòng)時(shí)效行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，滿足高質(zhì)量的機(jī)車(chē)車(chē)架要求。

關(guān)鍵詞： 機(jī)車(chē)車(chē)架 振動(dòng)時(shí)效 殘余應(yīng)力

一、引言

振動(dòng)法消除焊接件的殘余應(yīng)力的方法不僅可以完成熱處理消除應(yīng)力，而且可以做得更快、更好、更方便，更節(jié)省經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，因此，振動(dòng)法消除工件殘余應(yīng)力的方法在世界各國(guó)許多工業(yè)領(lǐng)域得到快速應(yīng)用和推廣。

焊接件在加工過(guò)程中由于溫度場(chǎng)的存在及冷凝收縮時(shí)的不均勻、組織的不均勻等會(huì)形成殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在導(dǎo)致工件變形開(kāi)裂，因此，消除殘余應(yīng)力是機(jī)械制造業(yè)必須解決的重大課題。

以自然時(shí)效法為例，將工件置放在室外，長(zhǎng)期經(jīng)受溫度變化的作用，可達(dá)到消除殘余應(yīng)力的效果，但其處理周期長(zhǎng)，不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)需要。熱處理法雖可縮短周期，效果也好，但由于能耗較多，成本較高。

振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)與常規(guī)熱處理退火、時(shí)效工藝相比，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求、適應(yīng)范圍廣、可實(shí)現(xiàn)在線消除應(yīng)力、處理時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。

目前我廠制造的HXN5型機(jī)車(chē)機(jī)車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

車(chē)架端部一和端部二前后對(duì)稱(chēng)，由左右箱型梁、左右起吊梁、承載梁、牽引銷(xiāo)梁、端部裝配等部分組成，見(jiàn)圖2。

端部組成各部分名稱(chēng)如表1所示。

由于新制的雙司機(jī)室HXN5機(jī)車(chē)縱梁比原HXN5機(jī)車(chē)縱梁長(zhǎng)約200mm，因此原來(lái)采購(gòu)的6m長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)板制作縱梁長(zhǎng)度不夠，需要拼接，設(shè)計(jì)制作時(shí)焊縫增加并疊加、交叉，必然使焊接殘余應(yīng)力增加。降低殘余應(yīng)力是確保行車(chē)安全的最佳選擇，由于該工件長(zhǎng)度太長(zhǎng)，公司現(xiàn)有裝備無(wú)法應(yīng)用熱處理法消除殘余焊接應(yīng)力，經(jīng)過(guò)研究，確定采用振動(dòng)法對(duì)車(chē)體架縱梁消除焊接應(yīng)力處理。

二、殘余應(yīng)力測(cè)量原理和方法

CCY-84型磁測(cè)應(yīng)力儀是利用鐵磁物體的磁致伸縮效應(yīng)原理進(jìn)行測(cè)量的，即物體在拉伸或壓縮時(shí)，磁導(dǎo)率將會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)變化通過(guò)連接儀器的傳感器反映為磁路的阻抗變化，以輸出電流的形式把它在儀器上顯示出來(lái)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)探頭，測(cè)量出最大和最小磁電流（I■、I■）值，再用公式τ■=5/37×（I■-I■）MPa，就可以得出測(cè)量區(qū)域的最大剪切殘余應(yīng)力值。在同一點(diǎn)測(cè)量振動(dòng)時(shí)效前后的最大和最小磁電流值，就可以計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的殘余應(yīng)力下降率。

三、振動(dòng)時(shí)效工藝現(xiàn)場(chǎng)

為保證機(jī)車(chē)縱梁強(qiáng)度，選取雙司機(jī)室車(chē)架（012號(hào)2端）及車(chē)體架（003號(hào)HXN5型）分別進(jìn)行了半小時(shí)的亞共振振動(dòng)時(shí)效處理，工藝現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。

四、殘余應(yīng)力測(cè)量點(diǎn)布置

為了解車(chē)架及車(chē)體架焊縫位置的殘余應(yīng)力分布情況，在其焊縫位置布置了多個(gè)測(cè)量區(qū)域（A、B、C），每個(gè)測(cè)量區(qū)域布置了5個(gè)測(cè)量點(diǎn)（1、2、3、4、5），參見(jiàn)圖4。使用“SHX2106型神華全自動(dòng)彩屏振動(dòng)時(shí)效儀”，分別對(duì)車(chē)架和車(chē)體架進(jìn)行試驗(yàn)。

測(cè)量區(qū)域經(jīng)過(guò)砂平、拋光后，畫(huà)好測(cè)量線，進(jìn)行測(cè)量。

時(shí)效結(jié)束后打印振動(dòng)時(shí)效工藝曲線（圖5），振動(dòng)時(shí)效工藝曲線符合【JB/T5926-2005】振動(dòng)時(shí)效技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

五、殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果

1.車(chē)架焊接后，焊縫處的最大剪切殘余應(yīng)力，最大值為72Mpa，最小值為30Mpa，平均值為48Mpa，應(yīng)力分布很不均勻，經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效處理后，最大值為27Mpa，最小值為11Mpa，平均值為18Mpa，已經(jīng)分布均勻，平均殘余應(yīng)力下降率為63%。

2.雙司機(jī)室車(chē)體架焊接后，焊縫處的最大剪切殘余應(yīng)力，最大值為110Mpa，最小值為15Mpa，平均值為38Mpa，應(yīng)力分布很不均勻，經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效處理后，最大值為21Mpa，最小值為5Mpa，平均值為12Mpa，已經(jīng)分布均勻，平均殘余應(yīng)力下降率為68%。

六、結(jié)語(yǔ)

1.車(chē)架及車(chē)體架焊接后，其焊縫處存在較大的、分布不均勻的殘余應(yīng)力，有必要進(jìn)行消除殘余應(yīng)力的時(shí)效處理。

2.車(chē)架及車(chē)體架振動(dòng)時(shí)效處理后，平均殘余應(yīng)力下降率約為65%，應(yīng)力很小且分布已經(jīng)均勻，完全符合振動(dòng)時(shí)效行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)【JB/T5926-2005】的要求（平均殘余應(yīng)力下降率不低于30%），振動(dòng)時(shí)效效果很好。

3.振動(dòng)時(shí)效技術(shù)完全可以應(yīng)用于車(chē)架及車(chē)體架等工件的振動(dòng)時(shí)效處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)，《焊接手冊(cè)》（第三卷）.機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]饒德林.振動(dòng)時(shí)效消除拼焊不銹鋼板的殘余應(yīng)力.振動(dòng)與沖擊，2005（2）.