振动时效工艺消除膨胀波纹管残余应力研究分析

某厂家在生产膨胀波纹管时遇到一个问题，膨胀波纹管体冷压成型后会出现管端面变形和尺寸不稳定现象。经检查发现，出现这一现象和残余应力有关。所以膨胀波纹管冷压成型后，需要消除残余应力以减小管端面变形。

目前膨胀波纹管消除残余应力都是采用热处理工艺，但膨胀波纹管出炉空冷过程由于热膨胀冷缩不均匀，经常出现弯曲、翘曲等不规则变形。为了更好的消除膨胀波纹管残余应力，稳定管端面尺寸形状，厂家找到南京聚航，希望我们能够找到更好的办法。

经过商讨之后，我们决定采用振动时效工艺消除膨胀波纹管残余应力。并对该工艺特点、匹配性、实用性进行分析研究。通过对冷压后和振动时效后残余应力对比测量，证明振动时效工艺的可行性和有效性。

设备简介

振动时效设备采用JH-700A智能频谱交流振动时效设备，该设备由控制器、激振器、夹具等几个部分组成，采用的是高速变频伺服电机，一键式操作，智能控制。

盲孔法残余应力检测设备采用JH-30残余应力检测仪，该仪器精度高、操作简单。

振动时效操作关键

橡皮垫的支撑

为了避免振动时效损坏管体，振动前需要对波纹管进行弹性支撑。一般来说，支撑应尽量放在构件振动的节点处，以确保构件与支撑间不产生相对振动而撞击，也不产生噪音，不会使构件滑动而造成加速度信号不稳定。试验前，先凭经验估计出节点的大致位置，将支撑放好，当试振达到共振时，用手摸寻找到波纹管振动节点。该实验中波纹管长度较长，经综合观测与分析，选择在波纹管两端各约2/9节点处用橡皮垫进行弹性支撑。

激振器的安装

激振器是对构件施加激振力的动力设备，因此须安置在使构件易于振动的位置上。通过手动试振，寻找到位于膨胀波纹管中部位置的振动波峰处，将激振器安装在该位置，使用夹具夹紧。

激振器偏心设置

激振器偏心档位的选择应满足确定构件产生合适的振幅。但装置输出载荷不应超过额定载荷的70%。本试验中，经手动试振，激振器的偏心档位在45度时，可以产生足够的振幅，且幅值比较理想。

固有频率的获取

固定偏心，将激振力的频率由小调大，即采用全程扫频的方法获得膨胀波纹管的固有频率。选择应力大、频率低的固有频率作为主振频率。

振动时间的确定

振动消除残余应力时，位错发生移动、增值、再移动、再增值*后到稳定是需要时间的，所以振动消除残余应力需要处理时间。激振时间的选择直接关系到时效的效果和频率。激振时间取决于工件的大小、质量及残余应力的大小等。可以根据振动过程中时间-振幅曲线确定振动时间。随着振动时效进行，构件的残余应力降低，*终位错趋于稳定，继续振动，残余应力降低效果就不明显了。此时振幅趋于稳定，可用这一振动过程时间判断出此类工件的振动时效时间参数。在振动时效实施中，一般在此基础上再施振3-5min以稳固时效效果。本试验中膨胀波纹管振动时间定为25min。

结论

通过振动时效参数曲线观测和盲孔法残余应力测量，判定振动时效工艺可降低膨胀波纹管的残余应力，能够满足膨胀波纹管焊接等工程需求，提高其尺寸稳定性。