球磨機(jī)軸頭是建陶大型旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)械的關(guān)鍵部件，它起著支承和旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)滾筒機(jī)體的重要作用。實(shí)心軸頭直徑350mm，周圍焊接加強(qiáng)環(huán)直徑590mm厚度200mm，軸頭和加強(qiáng)環(huán)焊接在球磨機(jī)圓滾筒上。由于在焊接處產(chǎn)生不均的溫度場(chǎng)，使溫度應(yīng)力和相變應(yīng)力分布不均勻?qū)?dǎo)致焊縫處產(chǎn)生較大的塑性變形，從而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在會(huì)影響軸頭的強(qiáng)度疲勞壽命，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，焊接件易發(fā)生脆性破壞。因此，球磨機(jī)軸頭殘余應(yīng)力測(cè)量和消除就變得尤為重要。
盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力原理
本次試驗(yàn)采用盲孔法測(cè)量球磨機(jī)軸頭焊接殘余應(yīng)力，盲孔法測(cè)量殘余應(yīng)力就是在被測(cè)點(diǎn)上鉆一個(gè)小孔，使被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力得到部分的釋放，測(cè)出的鉆孔前后相應(yīng)的應(yīng)變差，根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式及無應(yīng)力材料的標(biāo)定值，在根據(jù)彈性力學(xué)理論計(jì)算出殘余應(yīng)力，鉆孔的直徑深度都不大，不會(huì)影響被測(cè)構(gòu)件的正常使用，并且這種方法具有較好的精度，因此，它已成為應(yīng)用比較廣泛的方法。
振動(dòng)時(shí)效工藝原理
本次試驗(yàn)采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除球磨機(jī)軸頭焊接殘余應(yīng)力，其工作原理是通過振動(dòng)，使工件內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動(dòng)應(yīng)力的矢量和達(dá)到超過材料屈服強(qiáng)度的時(shí)候，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。因其環(huán)保、節(jié)能、省時(shí)成為常用的消除應(yīng)力方法。
試驗(yàn)過程
測(cè)量?jī)x器采用jhmk多通道殘余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，由jhyc靜態(tài)應(yīng)變儀和jhzk鉆孔裝置組成。接線方案采用半橋補(bǔ)償塊補(bǔ)償方法，在軸機(jī)頭焊縫附近同一圓周上對(duì)稱粘貼a、c、e、g4個(gè)直角應(yīng)變花。加強(qiáng)環(huán)焊縫附近同一圓周上也對(duì)稱粘貼b、d、f、h4個(gè)直角應(yīng)變花，應(yīng)變花粘貼位置如圖1，盲孔的位置在8個(gè)應(yīng)變花附近，a=7.5，深度h=16mm。振動(dòng)時(shí)效設(shè)備采用jh-600a液晶交流振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)球磨機(jī)軸頭下面墊有四個(gè)橡膠墊，如圖1。
圖1球磨機(jī)軸頭應(yīng)變花布置圖
測(cè)試結(jié)果
振動(dòng)時(shí)效前測(cè)得結(jié)果和用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備對(duì)軸頭進(jìn)行時(shí)效后的結(jié)果見表1和表2。
表1振動(dòng)前后的試驗(yàn)結(jié)果
測(cè)點(diǎn)
振前
振后
平均應(yīng)力降低率（%）
με
mpa
με
mpa
a
ε1
-250
σ1
-300
ε1
-205
σ1
-275
8
ε2
-55
σ2
-90
ε2
-85
σ2
-85
ε3
+55
σm
+195
ε3
0
σm
+180
b
ε4
-75
σ1
-476
ε14
-315
σ1
+10
100
ε5
-5
σ2
-213
ε25
+10
σ2
-10
ε6
-265
σm
+340
ε36
0
σm
0
c
ε7
+195
σ1
+408
ε7
-190
σ1
-244
25
ε8
-130
σ2
+62
ε8
-75
σ2
-106
ε9
+40
σm
+234
ε9
+15
σm
+175
d
ε10
-210
σ1
-248
ε10
-105
σ1
-158
26
ε11
-60
σ2
-73
ε11
-98
σ2
-78
ε12
+50
σm
+161
ε12
-13
σm
+11
e
ε13
-265
σ1
-339
ε13
-70
σ1
-110
60
ε14
-90
σ2
-142
ε14
-50
σ2
-80
ε15
+25
σm
+241
ε15
-25
σm
+95
f
ε16
-190
σ1
-30
ε16
-35
σ1
-65
37
ε17
-190
σ2
-160
ε17
-35
σ2
-55
ε18
-40
σm
+95
ε18
-25
σm
+60
g
ε19
-400
σ1
-560
ε19
-135
σ1
-200
61
ε20
-225
σ2
-280
ε20
-100
σ2
-130
ε21
+20
σm
+420
ε21
-30
σm
+165
h
ε22
-310
σ1
-438
ε22
-150
σ1
-205
54
ε23
-215
σ2
-242
ε23
-90
σ2
-105
ε24
-30
σm
+340
ε24
-5
σm
+155
表2振動(dòng)前后的分析結(jié)果
測(cè)試位置
振前平均應(yīng)力
振后平均應(yīng)力
應(yīng)力降低率
振前應(yīng)力幅值△σ1
振后應(yīng)力幅值△σ2
振前波動(dòng)率
振后波動(dòng)率
軸環(huán)縫
272.25
153.75
43.5%
654
85
240%
55.3%
加強(qiáng)板環(huán)縫
233.87
83.25
64.4%
245
155
104.7%
186.2%
結(jié)論
1.焊接殘余應(yīng)力越高，振動(dòng)時(shí)效處理降低應(yīng)力越多均化應(yīng)力越好。
2.環(huán)縫殘余應(yīng)力降低43.5%，波動(dòng)率由240%降低到55.3%，應(yīng)力均化效果好。
3.加強(qiáng)板環(huán)縫殘余應(yīng)力降低64.4%，波動(dòng)率變大是由于振后平均應(yīng)力變得很低所致。
4.采用盲孔法對(duì)球磨機(jī)軸頭進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量是可行的。