HXN5型機車車架振動消除殘余應力研究

李妍

摘 要： 通過對HXN5型機車車架振動時效處理，選取合理的殘余應力測量點，進行殘余應力測量及計算，繪制振動時效曲線，振動時效處理后，平均殘余應力下降率約為65%，應力很小且分布已經均勻，完全符合振動時效行業標準，滿足高質量的機車車架要求。

關鍵詞： 機車車架 振動時效 殘余應力

一、引言

振動法消除焊接件的殘余應力的方法不僅可以完成熱處理消除應力，而且可以做得更快、更好、更方便，更節省經濟費用，因此，振動法消除工件殘余應力的方法在世界各國許多工業領域得到快速應用和推廣。

焊接件在加工過程中由于溫度場的存在及冷凝收縮時的不均勻、組織的不均勻等會形成殘余應力。殘余應力的存在導致工件變形開裂，因此，消除殘余應力是機械制造業必須解決的重大課題。

以自然時效法為例，將工件置放在室外，長期經受溫度變化的作用，可達到消除殘余應力的效果，但其處理周期長，不適應現代化生產需要。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。

振動消除應力技術與常規熱處理退火、時效工藝相比，具有設備簡單、對環境無特殊要求、適應范圍廣、可實現在線消除應力、處理時間短、成本低等優點，具有較為廣泛的應用前景。

目前我廠制造的HXN5型機車機車車架結構如圖1所示。

車架端部一和端部二前后對稱，由左右箱型梁、左右起吊梁、承載梁、牽引銷梁、端部裝配等部分組成，見圖2。

端部組成各部分名稱如表1所示。

由于新制的雙司機室HXN5機車縱梁比原HXN5機車縱梁長約200mm，因此原來采購的6m長的標準板制作縱梁長度不夠，需要拼接，設計制作時焊縫增加并疊加、交叉，必然使焊接殘余應力增加。降低殘余應力是確保行車安全的最佳選擇，由于該工件長度太長，公司現有裝備無法應用熱處理法消除殘余焊接應力，經過研究，確定采用振動法對車體架縱梁消除焊接應力處理。

二、殘余應力測量原理和方法

CCY-84型磁測應力儀是利用鐵磁物體的磁致伸縮效應原理進行測量的，即物體在拉伸或壓縮時，磁導率將會發生變化，這個變化通過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。通過旋轉探頭，測量出最大和最小磁電流（I■、I■）值，再用公式τ■=5/37×（I■-I■）MPa，就可以得出測量區域的最大剪切殘余應力值。在同一點測量振動時效前后的最大和最小磁電流值，就可以計算出測量點的殘余應力下降率。

三、振動時效工藝現場

為保證機車縱梁強度，選取雙司機室車架（012號2端）及車體架（003號HXN5型）分別進行了半小時的亞共振振動時效處理，工藝現場見圖3。

四、殘余應力測量點布置

為了解車架及車體架焊縫位置的殘余應力分布情況，在其焊縫位置布置了多個測量區域（A、B、C），每個測量區域布置了5個測量點（1、2、3、4、5），參見圖4。使用“SHX2106型神華全自動彩屏振動時效儀”，分別對車架和車體架進行試驗。

測量區域經過砂平、拋光后，畫好測量線，進行測量。

時效結束后打印振動時效工藝曲線（圖5），振動時效工藝曲線符合【JB/T5926-2005】振動時效技術行業標準的要求。

五、殘余應力測量結果

1.車架焊接后，焊縫處的最大剪切殘余應力，最大值為72Mpa，最小值為30Mpa，平均值為48Mpa，應力分布很不均勻，經過振動時效處理后，最大值為27Mpa，最小值為11Mpa，平均值為18Mpa，已經分布均勻，平均殘余應力下降率為63%。

2.雙司機室車體架焊接后，焊縫處的最大剪切殘余應力，最大值為110Mpa，最小值為15Mpa，平均值為38Mpa，應力分布很不均勻，經過振動時效處理后，最大值為21Mpa，最小值為5Mpa，平均值為12Mpa，已經分布均勻，平均殘余應力下降率為68%。

六、結語

1.車架及車體架焊接后，其焊縫處存在較大的、分布不均勻的殘余應力，有必要進行消除殘余應力的時效處理。

2.車架及車體架振動時效處理后，平均殘余應力下降率約為65%，應力很小且分布已經均勻，完全符合振動時效行業標準【JB/T5926-2005】的要求（平均殘余應力下降率不低于30%），振動時效效果很好。

3.振動時效技術完全可以應用于車架及車體架等工件的振動時效處理。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會焊接學會，《焊接手冊》（第三卷）.機械工業出版社，1992.

[2]饒德林.振動時效消除拼焊不銹鋼板的殘余應力.振動與沖擊，2005（2）.