残余拉应力必须被改成压应力。
最常见的方法是喷丸。
高速钢丸撞击表面,让表层产生塑性变形,从而形成压应力。但飞轮裂纹位于轮缘内侧深处,普通喷丸只能影响几百微米,拉应力带最深达到六毫米。
激光冲击可以更深。
强激光在金属表面产生等离子冲击波,将压应力送入材料内部。
问题是,大功率激光设备进不了飞轮真空舱狭窄间隙,拆出转子又来不及。
周野把一圈柔性铜带贴在轮缘内侧。
铜带上布置数百个微型放电点。
每个点通过电容瞬间释放能量,铜箔局部汽化,产生短促等离子冲击。能量远小于大型激光,却能让多个放电点按顺序重复作用。
它不是高温烧灼。
每次冲击只有微秒,表面平均温升不到十度。
放电点外侧覆盖一层透明约束膜。
没有约束,铜箔汽化能量会向真空舱散开;薄膜把膨胀限制在表面附近,让冲击波更多进入钢材。膜片每完成一百次放电便自动换位,避免烧蚀残渣黏在轮缘上。
梁师傅看着一圈蓝白闪光沿轮缘缓慢移动:“火是冷的?”
“金属还没来得及变热,冲击已经结束了。”周野说。
“那就叫跑得快的火。”
第一轮处理覆盖一米试验段。
表层压应力达到目标,三毫米深处却出现波浪形分布。
数百个放电点之间存在重叠。
重叠太少,会留下拉应力空白;重叠太多,局部塑性变形又会让轮缘产生细小凸起。
一百二十吨转子不允许沿圆周出现几十微米高低差。
试验段处理后,团队先用白光干涉测量表面。
第一版重叠区出现三十七微米凸起,虽然肉眼不可见,满速离心力却会把它放大成周期振动。那一米区域被重新微磨,所有放电序列也被迫推倒重来。
“冷火”不发热,并不代表可以随便多打一遍。
周野让放电点不再等间距排列。
前一轮冲击反射波在轮缘厚度方向来回传播。下一点若在反射波返回时放电,两道压缩波可以在拉应力最强深度叠加。
放电位置与时间共同决定处理深度。
轮缘厚度并非处处相同。
螺栓孔附近反射路径短,普通区域路径长。控制器根据超声测得的局部厚度改变放电间隔,让两道压缩波都在目标深度相遇,而不是按一套节奏机械绕圈。
第二轮,一毫米深度压应力均匀。
三毫米深度波动下降到百分之八。
六毫米处的拉应力也被削弱百分之七十三。
剩余应力不足以让新裂纹起始。
二十七米轮缘全部处理,需要十四小时。
与此同时,七条已有裂纹不能简单留着。
团队用微型磨头沿裂纹挖出平滑泪滴形浅槽。
尖锐裂纹尖端被移除,槽底曲率连续,不再集中应力。
最长裂纹需要磨掉一点八毫米深材料。
七处浅槽分布不对称,总共减少二点六公斤质量。
每一小段磨削物都被称重并记录角度。
不是为了回收二点六公斤钢屑,而是让后续平衡计算知道质量究竟从哪个半径、哪个相位消失。少记录十克,在三千转时都可能变成新的不平衡误差。
相对于百吨转子微不足道,却足以让质心偏移几十微米。
满速下,这几十微米会变成巨大振动。
罗振岳提出在相对位置加配重块。
传统飞轮动平衡也是这样做。
可飞轮经过极端制动后,材料弹性分布已经变化。低速下算出的配重,到了三千转可能因轮缘弹性变形而失准。
周野没有立即加重量。
他在七处浅槽外侧继续调整冷冲击强度。
压应力会让局部材料产生极小尺寸变化。
不是靠增加一块金属平衡质量,而是让轮缘本身在旋转时恢复对称形状。
静态测量显示,圆度从二十六微米降到九微米。
低速转到四百转,振动比处理前下降百分之六十。
八百转,振动继续稳定。
当转速升到一千二百转时,轴承二倍频振动突然出现。
圆度没有问题。
质心也在中心。
但轮缘正在从一个正圆,变成两个相对的椭圆瓣。
二倍频相位始终锁在两块较软锻件方向。
转速降低后椭圆消失,再次升速又在同一角度出现,证明不是传感器漂移,也不是轴承松动,而是材料刚度随离心载荷显形。
静止尺寸合格,只能证明它停着很圆。
飞轮真正的形状,要在离心力把每一块钢都拉紧以后才看得见。
修复后的飞轮通过了静态平衡,却在高速下暴露出动态刚度不对称。