1 引言

   小型挖掘機的底盤、平臺、動臂和斗桿等均是焊接結(jié)構(gòu)件，焊接后會有殘余應力，殘余應力是導致其變形或者開裂的重要原因，因此要對這些工件進行消除殘余應力的時效處理。

時效有自然時效、熱時效和振動時效三種基本工藝技術(shù)。自然時效是將工件在室溫條件下放置一年左右，自然釋放殘余應力的時效技術(shù)；熱時效是將工件放置在電爐中，在約600℃保溫5小時左右隨爐緩冷的消除殘余應力的時效技術(shù)；振動時效是使用振動時效設(shè)備，對工件進行半小時左右的亞共振振動，消除殘余應力的時效技術(shù)。

自然時效由于時效周期太長，不能滿足生產(chǎn)進度要求，不可能應用；熱時效設(shè)備投資較大，時效成本很高，生產(chǎn)效率較低，應用有難度；振動時效設(shè)備投資少，生產(chǎn)效率高，時效成本低，是比較理想的。通過對三種時效技術(shù)的綜合分析比較，決定采用振動時效技術(shù)。         

本文比較詳細地介紹了振動時效技術(shù)在挖掘機工程機械上應用的振動時效技術(shù)、設(shè)備、工藝、工藝效果、工藝管理和經(jīng)濟效益，以期為振動時效技術(shù)在我國工程機械上的推廣應用起到拋磚引玉的目的。

2 振動時效技術(shù)與設(shè)備

2.1振動時效技術(shù)

振動時效是使用振動時效設(shè)備，對金屬工件進行半小時左右的亞共振振動，降低和均化殘余應力，防止應力變形或者開裂的時效高新技術(shù)，廣泛用于對鑄件和焊接件的時效處理。

振動時效的工藝過程很簡便。首先用膠墊支撐好工件，然后將激振器和測振器固定在工件上，就可以開機進行振動時效處理了。如果使用全自動工藝，先是振前掃頻搜尋共振峰，找到共振峰后，設(shè)備將自動優(yōu)選*佳亞共振點共振時效半小時左右，并自動進行振后掃頻和打印時效曲線作為質(zhì)檢依據(jù)，整個時效過程就完成了。

振動時效消除殘余應力的基本原理是這樣的。從振動時效工藝過程分析，在數(shù)萬次亞共振振動過程中，工件已經(jīng)產(chǎn)生微觀塑性變形，而且變形已趨穩(wěn)定，殘余應力已經(jīng)釋放，處于平衡狀態(tài)。從振動的動應力分析，在振動時效時，工件會受到一個較大的交變動應力作用，這個動應力與殘余應力疊加，達到數(shù)值后，在應力集中*嚴重的部位，就會超過屈服*限而產(chǎn)生塑性變形，從而降低了該處的殘余應力，而后振動又在另處應力集中較嚴重的部位產(chǎn)生同樣作用，直到不能引起任何部位的塑性變形為止。因此，振動時效可以將殘余應力集中現(xiàn)象消除，使殘余應力處于平衡狀態(tài)，從而能有效防止應力變形或者開裂。

2.2 振動時效設(shè)備

振動時效設(shè)備是成功地應用振動時效技術(shù)的基本條件。通過對國內(nèi)外振動時效設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的綜合分析比較，*終公司選擇了南京聚航科技有限公司生產(chǎn)的JH-200A全自動振動時效裝置。JH-200A全自動振動時效裝置具有的全自動功能，可以一次性全自動完成振動時效工藝全過程，不僅能確保振動時效工藝效果，而且操作簡單方便，性能穩(wěn)定可*。公司2000年所購買的兩套振動時效設(shè)備，經(jīng)常都要加班加點使用，很好地確定了振動時效生產(chǎn)需求。

3 振動時效工藝

   公司生產(chǎn)的小型挖掘機的底盤、平臺、動臂、斗桿等焊接結(jié)構(gòu)件，均要進行振動時效處理。其中底盤和平臺比較大的工件，可以單件進行振動時效處理，動臂和斗桿比較小的工件，原來也曾經(jīng)試用單件振動時效處理，但是其固有共振頻率很高，振動時效的聲音很大，激振器在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行也容易出現(xiàn)故障，因此改用振動平臺進行批量振動時效處理，大大降低了工件的固有共振頻率和振動時效的聲音。

4 振動時效工藝效果

  為了了解振動時效工藝效果，我們從振動時效前后殘余應力檢測、振動時效工藝曲線和振動時效工件的實際使用效果等方面進行了綜合考察。結(jié)果表明振動時效工藝效果都很好。

4.1 振動時效前后殘余應力檢測

為了定量了解振動時效工藝效果，使用磁測應力儀，檢測了挖掘機平臺等工件焊縫處振動時效前后的殘余應力。

   測量結(jié)果表明，挖掘機平臺在振動處理前，焊縫處殘余應力集中現(xiàn)象較嚴重。在焊縫*心區(qū)域應力較高，*大剪切殘余應力值約為54-67MPa，已經(jīng)接近了許用安*剪切應力,為不安*的殘余應力。在焊縫非*心區(qū)域應力較低，約為30-50MPa。經(jīng)振動時效處理，焊縫處殘余應力集中現(xiàn)象已消除，焊縫*心區(qū)域和非焊縫區(qū)域，應力值已相近，峰值殘余應力已經(jīng)從60MPa左右，下降到25MPa左右，下降率約為60％，遠小于許用安*剪切應力，平臺處于安*的低應力平衡狀態(tài)。表1為挖掘機平臺振動時效前后殘余應力檢測數(shù)據(jù)。

表1 挖掘機平臺振動時效前后殘余應力檢測數(shù)據(jù)

4.2 振動時效工藝曲線

在振動處理平臺的時候，振動時效設(shè)備所記錄和打印的振動時效工藝曲線，包括振前掃頻曲線、時效曲線和振動時效前后掃頻比較曲線，這三個曲線綜合反映了振動時效的亞共振振動的實質(zhì)，而且符合振動時效技術(shù)行業(yè)標準【1】的“參數(shù)曲線觀測法”的要求，據(jù)此也判定達到了振動時效工藝效果。在實際生產(chǎn)上，都是依據(jù)振動時效工藝曲線來快速評定振動時效工藝效果的。

4.3 振動時效工件的實際使用效果

   公司從2000年起應用振動時效技術(shù)5年多來，累計約有5000臺挖掘機產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)件都進行了振動時效處理，此外公司是通過ISO9001：2000認證的企業(yè)，對產(chǎn)品的質(zhì)量都有一套跟蹤檢查制度。在沒有應用振動時效技術(shù)之前，從產(chǎn)品使用質(zhì)量反饋信息分析，底盤、動臂、平臺和斗桿焊接件的變形和開裂質(zhì)量問題比較突出，應用振動時效技術(shù)之后，這個質(zhì)量問題基本上解決了?？梢娬駝訒r效的實際使用效果是很好的。

5 振動時效工藝管理

   在實際生產(chǎn)上，公司是通過振動時效工藝曲線來檢測振動時效效果的。每振動時效處理一個工件，都須要有相應的振動時效工藝曲線，這個工藝曲線，要經(jīng)過質(zhì)量檢驗部門依據(jù)工藝部門制訂的振動時效工藝卡的標準曲線進行驗收，如果達不到驗收標準，還要返工重振。驗收合格后，振動時效操作人員才有工時計算工資，振動時效處理的工件才能轉(zhuǎn)到下一工序。通過這樣嚴格的工藝管理，有效地確定了振動時效工藝質(zhì)量穩(wěn)定。

6 振動時效經(jīng)濟效益分析

   要消除挖掘機工程機械的焊接結(jié)構(gòu)件的殘余應力，只能應用熱時效或者振動時效。以下通過熱時效和振動時效的費用比較來說明應用振動時效技術(shù)的經(jīng)濟效益。

   從2000年開始公司累計振動時效處理了5000臺產(chǎn)品的焊接件，每臺產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)件平均重量約為1噸，總計處理了約5000噸。公司購買了兩套振動時效設(shè)備，設(shè)備購置費為10萬元，操作人員1人，5年累計工資額為8萬元，振動時效設(shè)備每天耗電量為10度，每度電按照0.8元計，5年累計使用電費為1.4萬元。5年累計振動時效的總費用為19.4萬元。

   如果使用熱時效，需要購買熱時效爐，因為環(huán)境污染問題，不能使用燃煤熱時效，只能使用電爐熱時效。按照公司的產(chǎn)量，需要購買5臺100Kw的電爐，設(shè)備投資約100萬元，電爐的用電量很大，其綜合熱時效成本為每噸500元，處理5000噸工件，需要250萬元。

5年累計熱時效的總費用需要350萬元。

   與熱時效相比，振動時效可以節(jié)省330萬元的時效費用，由此可見應用振動時效技術(shù)的經(jīng)濟效益是相當顯著的。

7 結(jié)束語

   振動時效可以有效消除挖掘機工程機械焊接結(jié)構(gòu)件的殘余應力，防止其變形或者開裂，提高工程機械產(chǎn)品質(zhì)量，能取得相當顯著的技術(shù)和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 振動時效技術(shù)行業(yè)標準（JB/T5926-91  JB/T10375-2002）