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大连大工振动时效科技有限公司
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海上钻井平台齿轮箱及轴承箱振动时效报告
发布人：发布时间：2014-06-24
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动时效******焊接应力
前 言
大连新船重工有限责任公司生产的焊接件-JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构），在生产加工中需要采用时效工艺******升降齿轮箱及轴承箱焊缝处的残余应力、控制加工变形。为此，大连新船重工有限责任公司委托大连理工大学编制了该项工程的施工方案，并征得了中海油田服务股份有限公司（船东）的同意。
经过厂校双方的共同协商，双方同意有关的技术要求、标准和工作范围。大连理工大学将对焊接件用振动时效处理，使构件在不受任何损伤的情况下，能够达到******焊接残余应力、确保构件不产生变形和裂纹，保证构件的加工精度稳定的目的。
经过厂校双方有关人员的共同努力，近半个月全部完成上述工作，现报告如下：
一、JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动时效处理
1．振动时效处理对金属构件的作用
振动时效是对具有残余应力的金属构件进行振动处理，使构件在共振频率下振动。由于在共振状态下构件按一定的振型产生弹性变形而产生动应力，当这个动应力与构件上各点的残余应力相叠加后，大于材料的屈服极限，则在该点出现局部的塑性变形，因而应力得到释放。所以振动时效从原理上来说，就是降低构件内的残余应力。应力降低的水平与构件内的动应力大小有关，动应力大则******应力的效果高，动应力小，******应力的效果也低。
振动时效既然可以降低应力，则必然可以******或降低残余应力对构件的影响。其作用有如下几方面：
①降低和均化应力，******应力集中，防止裂纹
因为振动过程中残余应力大的点首先进入屈服，所以高应力点下降的比例大，使应力均化程度高，从而降低应力集中而防止裂纹。
②减少或防止构件变形
构件的变形是由于残余应力特点造成的，因为残余应力的分布和量值具有很大的随机性，分布不均且量值差别太大，所以容易产生变化，即可变性。残余应力的变化，必然使构件产生变形，因此在使用前或安装前，通过振动时效使应力降低和均化，必然防止或减少变形。
③提高焊接构件的疲劳寿命，增加使用周期
通过大量的实验和实践证明，振动时效可提高焊件的疲劳寿命50%以上，提高使用寿命0.5~1倍。
由于振动时效的上述作用，使该项技术得到厂矿企业和国家的重视和认可，1991年制定了国家行业标准JB/T5928.91 （现行JB/T10375-2002），并在1993年被国家科委批准为“*********科技成果重点推广计划”项目，在全国普遍推广。在冶金行业，本钢和鞍钢在转炉壳体和托圈上应用***早，******次振动时效处理的壳体至今还在应用，为企业节省大量资金。可以说，实践证明振动时效在冶金构件上的应用，优于原先采用的喷油热时效。
2．JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动时效处理
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）是在工作平台上焊接好的，处理前首先在工作平台上与焊接构件之间采用道木分割支撑，然后做振动时效处理，处理现场请见图（1~5）。
图1：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动处理现场1
图2：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动处理现场2
图3：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动处理现场3
图4：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动处理现场4
图5：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）振动处理现场5
① 处理情况1．支承方式：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）底部用道木支承与工作平台分开。
2．激振点：由于结构的限制，激振器安装在焊接构件底部侧面伸出部分的端板上部，用卡具卡住。
3．拾振位置：拾振器安装在焊接构件上部。
4．激振器偏心：智能振动时效2000型设备，偏心为“6档”。
5．激振频率：通过扫频由设备自动选择共振峰，处理时可由加速度辐值来控制。
6．处理时间： 30分钟左右。
② 振动处理监测曲线与分析
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）在振动处理时给出了9件共9条的监测曲线（见附录）。
根据JB/T10375-2002机械行业标准的规定，监测曲线中出现下述三种情况之一，即认为振动处理达到了效果：
其一，时间振幅曲线[G（T）]，随着时间在发生变化，即上升型、下降型均可（可由曲线指示或数字显示读数均可）。
其二，幅频特性曲线的对比，振后曲线峰值升高。
其三，幅频特性曲线的对比，振后曲线峰线左移即频率下降（可由曲线观察或上面数字显示看出）。
根据上述有关规定，观察我们对JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）处理时获得的9张曲线图，可以看出：
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件1处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈水平型，的频率下降了6转/分，峰值未变。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件2处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈下降型，的频率下降了3转/分，峰值下降0.1g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件3处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了7转/分，峰值上升0.1g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件4处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了4转/分，峰值上升0.1g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件5处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了8转/分，峰值上升0.5g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件6处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了8转/分，峰值上升1.3g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件7处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了4转/分，峰值上升1.2g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件8处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了8转/分，峰值上升1.3g。
JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件9处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了7转/分，峰值上升0.6g。
③ JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊缝残余应力的检测
为了检测振动时效在******应力方面的效果，在振动处理前、后，分别在JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件主要焊缝上选择了5点进行残余应力的检测。测试现场见图（6~10）残余应力测试结果见表1。
图10：残余应力测试现场5
表1：JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊缝残余应力测试数据单位：MPa
3、结论与分析：
①从振动JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）在振动处理时给出了9件共9条的监测曲线可以看出本次振动时效处理达到了效果；
②从表1可以看出，JU2000钻井平台升降装置基础座结构（上结构）焊接件振动处理前主应力为309.09MPa，而振动处理后主应力为182.86MPa，******率为40.84%，超过标准要求。这次VSR处理是合格的。
