振動時效技術在風機葉輪行業中的應用

風機葉輪在制造過程中，由于焊接和機械加工等原因會產生較大的殘余應力。殘余應力的存在不僅會降低葉輪的強度和疲勞壽命，加速應力腐蝕，還會降低葉輪的尺寸穩定性和斷裂韌性。隨著時間的推移，葉輪甚至會發生變形或開裂。因此，對于一些剛性較大的葉輪要進行消除應力處理。
過去消除葉輪焊后殘余應力均采用熱處理方法，這種方法雖然很大程度上降低了應力，但熱處理爐投資大、處理周期長、耗能費用高。所以風機葉輪制造商急需尋找其他方法取代熱時效。振動時效技術因其成本低、效率高、節能環保等優點得到廣泛應用，本文采用振動時效和熱處理兩種工藝方法對葉輪進行殘余應力消除，并通過殘余應力檢測數據驗證振動時效技術取代熱處理工藝的可靠性。
設備儀器介紹
設備采用南京聚航科技有限公司的jh-600a液晶交流振動時效設備，采用高速變頻伺服電機，激振力大、壽命長、時效效果好。
檢測儀器采用jhmk殘余應力測試系統，由jhyc靜態應變儀和jhzk精密鉆孔裝置組成。全軟件設置，可自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存應力應變數值，測量結果直觀明了。
葉輪選擇：選擇兩臺相同型號具有可比性的葉輪，進行振動時效和熱處理焊后殘余應力效果對比測試試驗。
振動時效試驗
根據工件的結構形式，采用對稱三點軟支撐，激振點在兩個支撐點中間，拾振器放置在相鄰激振點的兩個支撐點中間，振動時獲得鼓振型，節線是一個圓環。
另外，對于小直徑葉輪，由于無法裝夾和固有頻率太高不易共振，可將幾個葉輪放在一個平臺上固定后一起共振。
處理不同葉輪時，可選擇振峰值時轉速的1/3-2/3，可避免工件的硬化和疲勞損壞，效果穩定，噪聲小。
殘余應力測試結果
采用盲孔法對振動時效、熱處理前后的殘余應力進行測試，對比分析數值變化。
測點選擇
在葉輪諸多焊縫中，輪轂板與輪盤連接的環縫剛性較大，測量此處具有代表性。測點布置在環縫正中，布點時為了消除其他焊縫對環縫應力的影響，測點應選擇兩葉片間的中點。
殘余應力測試結果
降低殘余應力比率：熱處理為68%，振動時效為55%。
振前應力范圍：226-280mpa；振后應力范圍：138-153mpa。
處理后殘余應力**值：振動后為140mpa；熱處理后為98mpa。
振動時效效果及測試結果分析
振動時效效果分析
選擇共振頻率對葉輪進行振動，在振動過程中自動繪制幅頻曲線。從曲線圖中可看出，振后曲線比振前曲線共振峰值增大，共振峰向左移，峰寬變窄，峰數增加。所以，可以判斷出振動效果良好。
殘余應力測試結果分析
1.振后殘余應力下降率為55%，大大**過振動時效標準。
2.從處理前后應力數值來看，振動時效處理后應力明顯得到均化。
3.振動時效和熱處理后殘余應力**值相比，差值只有42mpa，比較接近。
4.從殘余應力測試結果來看，環縫徑向應力和切向應力都為整個葉輪應力的較高值，但徑向應力峰值很低，故只討論切向應力。
如果將材料的σ=486mpa作為許用應力，則環縫切向應力：
處理前σ殘+σ工作=402mpa
振動后σ殘+σ工作=275mpa
熱處理后σ殘+σ工作=233mpa
顯然，處理前σ殘+σ工作值接近σ許，而振動時效及熱處理后殘余應力與工作應力疊加值均遠遠小于σ許，即經兩種處理后葉輪的安全系數明顯增大，這一點在葉輪實際使用考察時也得到了證明。
綜上所述，可以得出結論，對風機葉輪進行振動時效處理，效果良好，工藝可行，可以取代熱處理工藝。
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