鉆機(jī)制造過程中會(huì)有許多大型焊接件,如,井架片段、井架底座、機(jī)房底座等。由于工作環(huán)境條件惡劣,工件在工作過程中,多次出現(xiàn)基本尺寸發(fā)生變化、斷裂裂紋等情況。開裂部位多發(fā)生在焊縫焊接處及熱影響區(qū),除材料本身特性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力等原因外,我們認(rèn)為工件基本尺寸發(fā)生變化,產(chǎn)生裂紋的主要原因是焊接應(yīng)力產(chǎn)生的。為了消除焊接應(yīng)力,就必須對這些工件進(jìn)行時(shí)效處理。如果采用自然時(shí)效,需要數(shù)月甚至幾年的時(shí)間才能完成,產(chǎn)品生產(chǎn)周期特別長;如果采用熱時(shí)效,則建熱時(shí)效爐投資巨大,并且要消耗大量能源。因此,決定采用振動(dòng)時(shí)效方法對大型焊接件進(jìn)行消除殘余應(yīng)力,本文主要對振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)進(jìn)行了研究。
振動(dòng)時(shí)效工藝研究
正確選擇工藝參數(shù)才能獲得良好的時(shí)效效果,下面針對公司生產(chǎn)的40LDb型石油鉆機(jī)大型焊接件-井架下座的振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)進(jìn)行研究。
支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)的選擇
一般來說,支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)的位置應(yīng)根據(jù)工件的幾何形狀選擇,支撐點(diǎn)應(yīng)選在波節(jié)處,激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)應(yīng)選在波峰處。
W型石油鉆機(jī)井架下座長9265mm,寬2400mm,高1425mm,長與寬之比等于3.86大于3,長與高之比等于6.5大于5,即可認(rèn)為該工件是梁型,其振動(dòng)為彎曲振型。因此,橡膠墊四點(diǎn)應(yīng)支撐在距兩端2/9處,即2060mm處,激振器應(yīng)用弓形卡欄固定于井架下座的中間一側(cè),加速度計(jì)用永磁鐵固定在井架下座原理激振器的一個(gè)角上。
激振頻率測定
激振頻率應(yīng)選擇在共振峰的前沿,即接近共振峰的壓共振區(qū)內(nèi),這樣可以避免工件的硬化、軟化和疲勞損壞,并且振動(dòng)效果穩(wěn)定。啟動(dòng)激振器,使它從起始轉(zhuǎn)速自動(dòng)升速,測繪振幅-頻率特性曲線。從曲線上可以看出有兩個(gè)共振頻率,一個(gè)是3520轉(zhuǎn)/分,加速度值為2.6g,另一個(gè)是5900轉(zhuǎn)/分,加速度值為2.8g。因?yàn)閮蓚€(gè)共振頻率的加速度幅值相差不大,我們根據(jù)噪音低,防止設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)方面的原因,選擇*一個(gè)共振頻率,為了保證在亞共振區(qū)內(nèi)進(jìn)行激振,我們選擇3515轉(zhuǎn)/分為激振頻率。
激振力的調(diào)整
改變激振力的大小,是通過改變激振器的偏心距來實(shí)現(xiàn)的。也就是說,通過改變激振器的偏心檔位來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)將激振器的偏心檔位設(shè)置在第四檔井架下座能獲得*為理想的振動(dòng)時(shí)效處理效果。
激振時(shí)間的確定
實(shí)際工作中,應(yīng)根據(jù)被振工件的尺寸、形狀、材質(zhì)、重量,并且配合檢查工件尺寸穩(wěn)定性,通過多次試驗(yàn)才能找出*佳振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)間。
在對井架下座振動(dòng)時(shí)效處理的過程中,我們測繪了振幅-時(shí)間曲線,從圖中我們可以看出,振動(dòng)時(shí)效前5分鐘殘余應(yīng)力變化*快,15分鐘以后趨于穩(wěn)定。因此,我們確定對井架下座的處理時(shí)間為20分鐘。
振動(dòng)時(shí)效效果評定
曲線判斷法
振動(dòng)處理過程中,從振幅-時(shí)間曲線和振前、振后振幅-頻率曲線變化來檢測,凡出現(xiàn)下列情況之一時(shí),即可判定為達(dá)到振動(dòng)時(shí)效工藝效果。
A、振幅-時(shí)間曲線上升后變平;
B、振幅-時(shí)間曲線上升后下降然后變平;
C、振幅-頻率曲線振后的比振前的峰值升高;
D、振幅-頻率曲線振后的比振前的峰值點(diǎn)左移;
E、振幅-頻率曲線振后的比振前的帶寬變窄。
如圖所示:振動(dòng)時(shí)效過程中測出的振幅-頻率曲線,比較振前、振后掃描的兩條曲線,發(fā)現(xiàn)*一個(gè)共振峰幅值由原來的2.6g增大到3.3g,波峰由原來的3520轉(zhuǎn)/分左移到3515轉(zhuǎn)/分,因此可以判定井架下座達(dá)到了振動(dòng)時(shí)效工藝效果。
工件尺寸穩(wěn)定性測量
近年來,我們采用比較法來研究分析,即對井架下座的幾項(xiàng)主要精度測試項(xiàng)目,經(jīng)振動(dòng)時(shí)效后存放一段時(shí)間對精度保持情況做了測試比較,證明了振動(dòng)時(shí)效后,底座的尺寸精度保持情況良好。
總結(jié)
振動(dòng)時(shí)效是一項(xiàng)高效節(jié)能、工藝簡單,具有顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的新技術(shù),它節(jié)約能源,減少環(huán)境污染、生產(chǎn)周期短、效率高,在很大范圍內(nèi)可以代替熱時(shí)效,尤其在大型焊接件中,效果尤為顯著,為我國節(jié)能、低碳、環(huán)保做出了貢獻(xiàn)。
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