工藝試驗
關(guān)注創(chuàng)建者：王洋 創(chuàng)建時間：2015-07-15
工藝試驗的實例教程
因此，它既具有α 型鈦合金良好的熱強性和可焊接性，又具有(α+β)型鈦合金的工藝塑性,現(xiàn)廣泛用于鍛件加工中，但我公司在多品種、多批次TA15 小鍛件生產(chǎn)中，出現(xiàn)了鍛件沖擊性能不足的問題，造成了大量的浪費，且嚴(yán)重耽誤產(chǎn)品交付進度。
本文通過試驗分析問題原因，研究最佳鍛造方案，解決這一質(zhì)量問題，TA15 小鍛件圖如圖1 所示。
圖1 TA15 鍛件圖
工藝試驗方案
本次工藝試驗共使用6 個鍛件，分別編號A、B、C、D、E、F，6 個鍛件。按現(xiàn)有工藝方案同爐熱處理，各鍛件成形方案如下：
⑴鍛件A、B，下料尺寸為φ50mm×128mm，按現(xiàn)有工藝進行鍛造，其工藝試驗鍛造工序為加熱(T
β-45℃保溫40min)→制坯→空冷→加熱(T
β-45℃保溫40min)→模鍛一火(保留4mm 欠壓)→空冷→加熱(T
β-45℃保溫45min)→模鍛二火(保留1mm欠壓)→空冷，坯料尺寸如圖2 所示。
⑵鍛件C、D，下料尺寸為φ50mm×128mm，按現(xiàn)有工藝進行鍛造，然后增加校正工序，其工藝試驗鍛造工序為加熱(T
β-45℃保溫40min)→制坯→空冷→加熱(T
β-45℃保溫40min)→模鍛一火(保留4mm 欠壓)→空冷→加熱(T
β-45℃保溫45min)→模鍛二火(保留1mm 欠壓)→空冷→加熱(T
β-70℃保溫25min)→校正(保留1mm 欠壓)→空冷，坯料尺寸如圖2 所示。
展開 Ti-6Al-4V 鍛件經(jīng)過噴砂工藝后，鍛件表層硬化層較厚，給后續(xù)機加工造成困難。因此，在噴砂工序完成后，需通過酸洗將其硬化層去除，并按工藝要求去除壁厚以達(dá)到所需工藝要求。鈦合金酸洗一般采用HF+HNO3，但由于其在酸液配比中所占比重較大，濃度較高，容易引發(fā)比較嚴(yán)重的二次問題。針對以上問題，研究在不同酸洗條件下的腐蝕及氫脆現(xiàn)象，分析影響因素及機理，并制定優(yōu)化的熱處理工藝，以減少氧化層及氫脆。
試驗方案
將鍛件進行吹砂處理后，采用線切割加工成所需試塊，并標(biāo)記0#～7#，分別對試樣進行磨拋，去除切割造成的氧化層。對初始樣品表面進行XRD 測試和顯微硬度測試，確定表面相結(jié)構(gòu)和硬化層深度。然后將其在不同配方的酸性溶液中進行腐蝕，分別恒溫水浴15 分鐘后取出試件，將其按照相同的工藝執(zhí)行，測量酸洗后樣品氫含量、失重率、表層相結(jié)構(gòu)以及硬度變化。酸洗液配方見表1。
表1 鍛件表面酸洗液配方
注：0#為鍛件原始試樣，不進行酸洗
試驗結(jié)果
酸洗后失重率
Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后，各試樣表面形貌如圖1 所示。
圖1 Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后表面形貌
從圖1 中可以看出，初始試樣表面呈黑褐色，經(jīng)酸洗后，表面都返現(xiàn)出金屬光澤。7#樣品表面呈現(xiàn)氮化后的彩色形貌。失重率測試結(jié)果見表2。
表2 酸洗后樣品失重率統(tǒng)計
表面相結(jié)構(gòu)變化
對酸洗前后Ti-6Al-4V 鍛件試樣表面相組成分別進行XRD 分析，結(jié)果如圖2 所示。可以看出，1#～7#試樣XRD 圖譜較統(tǒng)一，表面α 相已經(jīng)得到較好的去除。其中，4#和5#試樣在40°左右的α相主峰降低明顯，表面α 相清除比較徹底，而增大酸洗液濃度，未對α 相的進一步去除有質(zhì)的提升。
展開 工藝試驗設(shè)計與驗證
工藝試驗設(shè)計
根據(jù)控制單一變量原則，本次共設(shè)計4 組工藝試驗，原主導(dǎo)工藝參數(shù)保持不變且一致的條件下，改變其中單個因素，以探究某一因素的影響，具體方案見表4。
表4 工藝試驗設(shè)計方案
工藝試驗結(jié)果
所有生產(chǎn)的鍛件全部檢測低倍組織，結(jié)果如圖7所示。
圖7 工藝試驗低倍組織
第一組和第二組試驗對比可得，胎模的作用較好，效果明顯，符合預(yù)期分析；第二組和第三組試驗對比可得，當(dāng)鍛件重量超過設(shè)備最大鍛造能力范圍，胎模的作用也有限，無法獲得良好的組織；第三組和第四組試驗對比可得，當(dāng)鍛件重量超過設(shè)備最大鍛造能力范圍，胎模效果受限時，更換更大噸位的設(shè)備確實是切實有效的方法。
結(jié)束語
綜上，可得出的結(jié)論如下：
⑴變形溫度過低和設(shè)備噸位不足導(dǎo)致錘上TC6自由鍛件心部變形程度過小是該類清晰晶形成的主要原因。
⑵錘上TC6 自由鍛件可通過使用胎模簡化鍛造工步，節(jié)約鍛造時間，減少鍛件溫降，從而避免心部清晰晶的形成；特別是鍛件重量在設(shè)備極限附近時，胎模作用明顯，效果顯著。
⑶當(dāng)鍛件重量超過設(shè)備最大鍛造能力范圍，設(shè)備噸位嚴(yán)重不足時，使用胎模并不能改善TC6 鈦合金自由鍛件的心部組織，效果有限，此時，更換更大噸位的設(shè)備是切實有效的方法。
⑷根據(jù)以上試驗結(jié)果，750kg 自由鍛錘鍛造TC6鈦合金的最大重量在3kg 左右，且不超過4kg，小于理論計算值的4.375kg。由此可見，之前的理論計算值偏保守，TC6 鈦合金的實際變形抗力是普通結(jié)構(gòu)鋼的4 倍以上。
——文章來源
：
《鍛造與沖壓》2021年第7期
展開 結(jié)合以上分析，我們確定優(yōu)先從鍛造噴涂、控溫冷卻兩個方面對鍛造工藝進行驗證。
試驗與結(jié)果
控溫冷卻通過增加抽風(fēng)風(fēng)機的風(fēng)量，加速連桿的冷卻，從而抵消氣溫變化可能帶來的影響。
穩(wěn)壓裝置的增加，意味著相同時間的噴涂量會增加。如果驗證噴涂對加工的影響，可以采取以下三種方案：⑴直接拆除穩(wěn)壓裝置；⑵縮短噴涂時間；⑶降低噴涂壓力。
雖然拆除噴涂裝置最快捷，但穩(wěn)壓裝置可以保持噴涂壓力的穩(wěn)定，同時對噴涂泵有一定的保護作用，所以我們希望繼續(xù)保留該裝置；而降低噴涂壓力和縮短噴涂時間從效果上看，都可以減少單位時間的噴涂量。我們驗證時，優(yōu)先選擇縮短噴涂時間進行驗證。同時為了消除原材料等其他因素的影響，用相同爐號相同模具同步驗證。
為了找到影響的要因，我們有意將參數(shù)調(diào)整的比較極端。具體試驗方案見表1。
表1 改善脹斷性能的連桿鍛造驗證試驗方案
各種試驗方案鍛造工件各約500 件，加工脹斷的對比情況如圖1 所示。
圖1 不同試驗方案的脹斷結(jié)果對比
從試驗結(jié)果對比來看，噴涂時間縮短對脹斷影響最顯著，而控溫冷卻風(fēng)量加大對脹斷有一定程度的改善。
試驗結(jié)果應(yīng)用
KD 材料應(yīng)用實踐
從上述試驗結(jié)果來看，縮短噴涂時間對脹斷有顯著的影響，而控溫冷卻有一定的效果。但這次的試驗畢竟是為了驗證影響因素，將噴涂時間縮短太多，導(dǎo)致工件局部填充不足，模具磨損較嚴(yán)重，且二預(yù)和終鍛有明顯的粘模，無法進入批量生產(chǎn)。一方面要減小噴涂量，另一方面還要保證潤滑的效果，才能進行批量鍛造。
提高潤滑效果，從脫模劑的角度入手，我們提高脫模劑的濃度，從以前的1.2% 提高到1.4%；脫模劑增加穩(wěn)壓裝置，相當(dāng)于平均噴涂壓力較原來大，我們可以適當(dāng)降低噴涂壓力。
展開 建議
根據(jù)相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，石油化工裝置中大多數(shù)管道均需要進行泄漏性試驗，而現(xiàn)有的施工技術(shù)規(guī)范的規(guī)定使泄漏試驗實施起來可操作性較差，且具有安全風(fēng)險。建議：
①結(jié)合工程實際操作經(jīng)驗及國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，盡快修訂相關(guān)管道施工驗收規(guī)范，及時對該部分內(nèi)容進行修訂；
②實際工程項目中對于GC1級（毒性），GC1和GC2級（易燃性）的管道，采用敏感性泄漏試驗；
③氣密性試驗是一個系統(tǒng)試驗，作為裝置開車的部分程序，可結(jié)合裝置的工藝流程采用最高工作壓力進行試驗。
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工藝試驗的最新內(nèi)容
成本：由于高強度材料和更復(fù)雜的工藝，“試驗平臺”的制造成本通常高于同尺寸的普通鑄鐵平臺-7。
總結(jié)：一句話區(qū)分
簡單來說，普通鑄鐵平臺是“量具”（用來量東西平不平），而鑄鐵試驗平臺是“夾具+地基”（用來固定設(shè)備、承受振動）。
選型建議：
如果你是精和密檢測（如測零件平面度），請選擇普通鑄鐵平臺中的“檢驗平臺”（0級或1級）。
在粉床熔融增材制造工藝過程中，通常會遇到以下幾個問題：1、零件變形難以控制；2、極易造成開裂、刮刀碰撞、收縮線等風(fēng)險問題；3、增材制造工藝改進和優(yōu)化主要依靠經(jīng)驗和工藝試驗，對人員技術(shù)要求高，試驗成本高；4、增材過程的殘余應(yīng)力難以測量和評估。面對以上問題，海克斯康推出了Simufact Additive粉床熔融增材制造工藝仿真方案并新增了缺陷分析模塊PDA，有效應(yīng)對增材制造中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的工藝試驗方法難以達(dá)到理想效果，因此，越來越多的企業(yè)開始采用有限元仿真來分析焊接過程。
焊接技術(shù)種類繁多，包括MIG、MAG、TIG焊接、激光焊接、電阻焊和攪拌摩擦焊等，其中電弧焊和激光焊因熱輸入量大，容易產(chǎn)生較為明顯的變形，成為研究重點。
焊接分析中的關(guān)鍵問題包括：
熱源定義：焊接熱源具有高斯分布，與普通傳熱分析不同，需要特別處理。
通過對比不同工藝方案下的零件變形和殘余應(yīng)力等，幫助用戶制定合理的焊接工藝方案，減少試驗成本，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約生產(chǎn)成本。
傳統(tǒng)的工藝改進和優(yōu)化主要依靠工藝試驗和人員經(jīng)驗，不僅對人員技術(shù)要求高而且試驗成本也很高。除此之外還有燒結(jié)模型的非線性補償難度較大、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)文件太大等問題存在。
圖1 1 凹痕位移優(yōu)化分析
圖1 2 翹曲總位移優(yōu)化分析
4 結(jié)論
(1)調(diào)整生產(chǎn)工藝并設(shè)計正交試驗，經(jīng)過極差分析和方差分析發(fā)現(xiàn)因素B (最大保壓壓力百分?jǐn)?shù))對凹痕位移影響最大，因素A (保壓時間)對翹曲變形的影響最顯著。
從而在提高產(chǎn)品性能、提高材料利用率的同時，極大降低了工藝開發(fā)階段的試驗成本，為企業(yè)帶來了可觀的收益。
軸承內(nèi)圈環(huán)軋工藝優(yōu)化
現(xiàn)如今，隨著我國軸承行業(yè)的不斷進步與發(fā)展，諸多風(fēng)電主機廠的軸承零配件轉(zhuǎn)向國內(nèi)廠商。
從而在提高產(chǎn)品性能、提高材料利用率的同時，極大降低了工藝開發(fā)階段的試驗成本，為企業(yè)帶來了可觀的收益。
軸承內(nèi)圈環(huán)軋工藝優(yōu)化
現(xiàn)如今，隨著我國軸承行業(yè)的不斷進步與發(fā)展，諸多風(fēng)電主機廠的軸承零配件轉(zhuǎn)向國內(nèi)廠商。
根據(jù)馬鞍形厚板感應(yīng)加熱均溫性試驗的工藝要求，經(jīng)熱工計算采用 160 kW 或 240 kW 中頻感應(yīng)加熱電源 1 臺。采用 2 根 85 m、120 mm2的耐高溫合金電纜，并聯(lián)盤繞在工件外壁進行感應(yīng)加熱，電纜盤繞如圖 3 所示。
檢測接線及熱電偶，感應(yīng)電源開機，選用恒功率模式或工藝模式，將輸出功率或溫度曲線輸入到控制面板，接通電源開始對馬鞍形厚板進行感應(yīng)加熱。
厚鋼板和異種鋼板的焊接，高強度螺栓安裝主要工藝，應(yīng)在安裝前進行工藝試驗，編制相應(yīng)的施工工藝。
2、 鋼結(jié)構(gòu)采用擴大拼裝單元進行安裝時，對容易變形的鋼構(gòu)件應(yīng)進行強度和穩(wěn)定性驗算，必要時采取加固措施；鋼構(gòu)件采用綜合安裝時，應(yīng)劃分成若干獨立單元，每一單元的全部鋼構(gòu)件安裝完畢后，應(yīng)形成空間鋼度單元。
3、 鋼結(jié)構(gòu)的柱、梁、屋架、支撐等主要構(gòu)件安裝就位后，應(yīng)立即進行校正、固定。
