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(duì)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(zhǎng)；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(duì)大型焊接件進(jìn)行消除殘余應(yīng)力，本文主要對(duì)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(duì)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(zhǎng)9265mm，寬2400mm，高1425mm，長(zhǎng)與寬之比等于3.86大于3，長(zhǎng)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(cè)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(cè)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，選擇第一個(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zui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zui佳振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)間。
在對(duì)井架下座振動(dòng)時(shí)效處理的過程中，我們測(cè)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zui快，15分鐘以后趨于穩(wěn)定。因此，我們確定對(duì)井架下座的處理時(shí)間為20分鐘。
振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)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(cè)，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(cè)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)第一個(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(cè)量
近年來，我們采用比較法來研究分析，即對(duì)井架下座的幾項(xiàng)主要精度測(cè)試項(xiàng)目，經(jīng)振動(dòng)時(shí)效后存放一段時(shí)間對(duì)精度保持情況做了測(cè)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(jiǎn)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(guó)節(jié)能、低碳、環(huán)保做出了貢獻(xiàn)。
