球磨機軸頭是建陶大型旋轉(zhuǎn)粉碎機械的關(guān)鍵部件，它起著支承和旋轉(zhuǎn)球磨機滾筒機體的重要作用。實心軸頭直徑350mm，周圍焊接加強環(huán)直徑590mm厚度200mm，軸頭和加強環(huán)焊接在球磨機圓滾筒上。由于在焊接處產(chǎn)生不均的溫度場，使溫度應(yīng)力和相變應(yīng)力分布不均勻?qū)?dǎo)致焊縫處產(chǎn)生較大的塑性變形，從而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在會影響軸頭的強度疲勞壽命，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，焊接件易發(fā)生脆性破壞。因此，球磨機軸頭殘余應(yīng)力測量和消除就變得尤為重要。

盲孔法測殘余應(yīng)力原理

本次試驗采用盲孔法測量球磨機軸頭焊接殘余應(yīng)力，盲孔法測量殘余應(yīng)力就是在被測點上鉆一個小孔，使被測點的應(yīng)力得到部分的釋放，測出的鉆孔前后相應(yīng)的應(yīng)變差，根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式及無應(yīng)力材料的標(biāo)定值，在根據(jù)彈性力學(xué)理論計算出殘余應(yīng)力，鉆孔的直徑深度都不大，不會影響被測構(gòu)件的正常使用，并且這種方法具有較好的精度，因此，它已成為應(yīng)用比較廣泛的方法。

振動時效工藝原理

本次試驗采用振動時效工藝消除球磨機軸頭焊接殘余應(yīng)力，其工作原理是通過振動，使工件內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動應(yīng)力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。因其環(huán)保、節(jié)能、省時成為常用的消除應(yīng)力方法。

試驗過程

測量儀器采用JHMK多通道殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。接線方案采用半橋補償塊補償方法，在軸機頭焊縫附近同一圓周上對稱粘貼A、C、E、G4個直角應(yīng)變花。加強環(huán)焊縫附近同一圓周上也對稱粘貼B、D、F、H4個直角應(yīng)變花，應(yīng)變花粘貼位置如圖1，盲孔的位置在8個應(yīng)變花附近，a=7.5，深度h=16mm。振動時效設(shè)備采用JH-600A液晶交流振動時效設(shè)備，振動時效處理時球磨機軸頭下面墊有四個橡膠墊，如圖1。

圖1球磨機軸頭應(yīng)變花布置圖

測試結(jié)果

振動時效前測得結(jié)果和用振動時效設(shè)備對軸頭進行時效后的結(jié)果見表1和表2。

表1振動前后的試驗結(jié)果

表2振動前后的分析結(jié)果

結(jié)論

1. 焊接殘余應(yīng)力越高，振動時效處理降低應(yīng)力越多均化應(yīng)力越好。

2. 環(huán)縫殘余應(yīng)力降低43.5%，波動率由240%降低到55.3%，應(yīng)力均化效果好。

3. 加強板環(huán)縫殘余應(yīng)力降低64.4%，波動率變大是由于振后平均應(yīng)力變得很低所致。

4. 采用盲孔法對球磨機軸頭進行殘余應(yīng)力測量是可行的。