風(fēng)機(jī)葉輪在制造過程中，由于焊接和機(jī)械加工等原因會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在不僅會降低葉輪的強(qiáng)度和疲勞壽命，加速應(yīng)力腐蝕，還會降低葉輪的尺寸穩(wěn)定性和斷裂韌性。隨著時間的推移，葉輪甚至?xí)l(fā)生變形或開裂。因此，對于一些剛性較大的葉輪要進(jìn)行消除應(yīng)力處理。

過去消除葉輪焊后殘余應(yīng)力均采用熱處理方法，這種方法雖然很大程度上降低了應(yīng)力，但熱處理爐投資大、處理周期長、耗能費(fèi)用高。所以風(fēng)機(jī)葉輪制造商急需尋找其他方法取代熱時效。振動時效技術(shù)因其成本低、效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用，本文采用振動時效和熱處理兩種工藝方法對葉輪進(jìn)行殘余應(yīng)力消除，并通過殘余應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)驗證振動時效技術(shù)取代熱處理工藝的可靠性。

設(shè)備儀器介紹

設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JH-600A液晶交流振動時效設(shè)備，采用高速變頻伺服電機(jī)，激振力大、壽命長、時效效果好。

檢測儀器采用JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK精密鉆孔裝置組成。全軟件設(shè)置，可自動實時計算殘余應(yīng)力，并實時顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，測量結(jié)果直觀明了。

葉輪選擇：選擇兩臺相同型號具有可比性的葉輪，進(jìn)行振動時效和熱處理焊后殘余應(yīng)力效果對比測試試驗。

振動時效試驗

根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形式，采用對稱三點軟支撐，激振點在兩個支撐點中間，拾振器放置在相鄰激振點的兩個支撐點中間，振動時獲得鼓振型，節(jié)線是一個圓環(huán)。

另外，對于小直徑葉輪，由于無法裝夾和固有頻率太高不易共振，可將幾個葉輪放在一個平臺上固定后一起共振。

處理不同葉輪時，可選擇振峰值時轉(zhuǎn)速的1/3-2/3，可避免工件的硬化和疲勞損壞，效果穩(wěn)定，噪聲小。

殘余應(yīng)力測試結(jié)果

采用盲孔法對振動時效、熱處理前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行測試，對比分析數(shù)值變化。

測點選擇

在葉輪諸多焊縫中，輪轂板與輪盤連接的環(huán)縫剛性最大，測量此處具有代表性。測點布置在環(huán)縫正中，布點時為了消除其他焊縫對環(huán)縫應(yīng)力的影響，測點應(yīng)選擇兩葉片間的中點。

殘余應(yīng)力測試結(jié)果

降低殘余應(yīng)力比率：熱處理為68%，振動時效為55%。

振前應(yīng)力范圍：226-280MPa；振后應(yīng)力范圍：138-153MPa。

處理后殘余應(yīng)力絕對值：振動后為140MPa；熱處理后為98MPa。

振動時效效果及測試結(jié)果分析

振動時效效果分析

選擇共振頻率對葉輪進(jìn)行振動，在振動過程中自動繪制幅頻曲線。從曲線圖中可看出，振后曲線比振前曲線共振峰值增大，共振峰向左移，峰寬變窄，峰數(shù)增加。所以，可以判斷出振動效果良好。

殘余應(yīng)力測試結(jié)果分析

1. 振后殘余應(yīng)力下降率為55%，大大超過振動時效標(biāo)準(zhǔn)。

2. 從處理前后應(yīng)力數(shù)值來看，振動時效處理后應(yīng)力明顯得到均化。

3. 振動時效和熱處理后殘余應(yīng)力絕對值相比，差值只有42MPa，比較接近。

4. 從殘余應(yīng)力測試結(jié)果來看，環(huán)縫徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力都為整個葉輪應(yīng)力的最高值，但徑向應(yīng)力峰值很低，故只討論切向應(yīng)力。

如果將材料的σ=486MPa作為許用應(yīng)力，則環(huán)縫切向應(yīng)力：

處理前σ殘+σ工作=402MPa

振動后σ殘+σ工作=275MPa

熱處理后σ殘+σ工作=233MPa

顯然，處理前σ殘+σ工作值接近σ許，而振動時效及熱處理后殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于σ許，即經(jīng)兩種處理后葉輪的安全系數(shù)明顯增大，這一點在葉輪實際使用考察時也得到了證明。

綜上所述，可以得出結(jié)論，對風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行振動時效處理，效果良好，工藝可行，可以取代熱處理工藝。