旋挖鉆機(jī)動(dòng)臂用于連接其上車和鉆桅三角架，是旋挖鉆機(jī)作業(yè)時(shí)的主要承載結(jié)構(gòu)之一，承受著較大的振動(dòng)和沖擊載荷。動(dòng)臂焊接完成后的焊接殘余應(yīng)力，直接影響其承載能力和疲勞壽命。本文通過殘余應(yīng)力測(cè)量對(duì)比分析，探討旋挖鉆機(jī)動(dòng)臂消除應(yīng)力方案。

殘余應(yīng)力測(cè)量方法

本測(cè)試以采用未時(shí)效處理和振動(dòng)時(shí)效處理的2個(gè)動(dòng)臂為研究對(duì)象，對(duì)這2個(gè)動(dòng)臂關(guān)鍵部位進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)兩個(gè)動(dòng)臂的殘余應(yīng)力變化進(jìn)行了比較分析。

動(dòng)臂試件情況

這2個(gè)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)件由鋼板拼焊而成。動(dòng)臂所用鋼板材質(zhì)為Q345b，其屈服強(qiáng)度Rd 345MPa，抗拉強(qiáng)度470~630MPa，動(dòng)臂焊接時(shí)嚴(yán)格控制焊接工藝，關(guān)鍵焊縫采用多層多道焊接，以減小焊接變形。

測(cè)試原理及儀器

本次測(cè)試的依據(jù)是國家標(biāo)準(zhǔn)《CB 3395-1992殘余應(yīng)力測(cè)試方法 鉆孔應(yīng)變釋放法》。

通過在測(cè)點(diǎn)處鉆出直徑d為1.5mm，深度h為2mm的應(yīng)變花孔，用以釋放殘余應(yīng)力。利用應(yīng)變花孔捕捉鉆孔釋放的應(yīng)變，并通過理論公式計(jì)算出殘余應(yīng)力相關(guān)參數(shù)。

測(cè)試儀器為聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)和JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置，本測(cè)試盲孔法應(yīng)變釋放A系數(shù)為0.072，B系數(shù)為0.151.

測(cè)試布置原則

動(dòng)臂損壞的主要表現(xiàn)型式為焊縫開裂，本試驗(yàn)旨在測(cè)試垂直于焊縫方向的殘余應(yīng)力，故測(cè)試點(diǎn)選擇在焊縫邊緣。并以融合線為零點(diǎn)，依次布置，包含焊縫融合線，熱影響區(qū)、母材，依據(jù)以上原則布置測(cè)試點(diǎn)。

設(shè)應(yīng)變花半徑為a，當(dāng)距孔中*為5a時(shí)，應(yīng)力值趨近于無應(yīng)變花孔時(shí)的應(yīng)力，即應(yīng)力值隨著距應(yīng)變花孔距離的不斷加大而消失。故橫向空間兩孔*小距離為2倍的5a，等于10a，以滿足上述測(cè)試條件，這樣相鄰孔的影響引起的誤差不超過2%~3%。

測(cè)試部位

測(cè)試區(qū)域包含動(dòng)臂正面1~6號(hào)測(cè)試點(diǎn)，動(dòng)臂反面7~13號(hào)測(cè)試點(diǎn)，動(dòng)臂側(cè)面14~24號(hào)測(cè)試點(diǎn)，共計(jì)24處測(cè)試點(diǎn)。

測(cè)試結(jié)果分析

我們將這2個(gè)動(dòng)臂裝機(jī)，待其工作500h后，對(duì)其殘余應(yīng)力進(jìn)行了檢測(cè)，其結(jié)果如下：未時(shí)效處理動(dòng)臂*大殘余拉應(yīng)力為250MPa，*大殘余壓應(yīng)力為-192MPa。時(shí)效處理后動(dòng)臂殘余拉應(yīng)力大幅減少，并向壓應(yīng)力發(fā)展，殘余壓應(yīng)力小幅度增大，*大殘余拉應(yīng)力為18MPa，*大殘余壓應(yīng)力為-101MPa。拉應(yīng)力消除率達(dá)到92%，壓應(yīng)力消除率達(dá)到47%，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接應(yīng)力消除率大于30%的要求。

由所得的數(shù)據(jù)對(duì)比可知，振動(dòng)時(shí)效消除焊接殘余應(yīng)力效果更為顯著。且振動(dòng)時(shí)效工藝則更節(jié)省人力、物力、環(huán)保。