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贵州水电岔管振动时效测试报告

发布人:发布时间:2014-06-24

响水水电站扩机工程岔管振动时效******焊接应力及残余应力测试

前  言
      中国水利水电第十六局有限公司贵州响水水电站扩机工程项目经理部的焊接件岔管,在焊接完成后需要采用时效工艺******岔管的焊缝处的残余应力、控制变形。为此,中国水利水电第十六局有限公司贵州响水水电站扩机工程项目经理部委托大连理工大学编制了该项工程的施工方案,并征得了同意。
      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、及残余应力测试,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,两天全部完成上述工作,现报告如下:

一、岔管的振动时效处理
      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.响水水电站扩机工程岔管振动时效处理
岔管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橡胶垫支撑四点,然后做了两次20分钟一次25分钟振动时效处理。处理现场请见图(1-3)

图1岔管振动时效处理现场(1)

图2振动时效处理现场(2)

图3振动时效处理现场(3)

      ① 处理情况
      1.支承方式:岔管底部用四只橡胶垫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的肋板中间部和两侧,用卡具卡住分三次进行振动时效, 
      3.拾振位置:拾振器安装在焊接构件上部。
      4.激振器偏心:偏心为“1档”激振力。(该激振器共有12个档位激振力,数字越大激振力也就越大。
      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:******次主梁中间振动时效时间 25分钟。第二、第三次振动主梁两侧个20分钟 
      ② 振动处理监测曲线与分析
      岔管在振动处理时给出了1件共3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:



      以下三次振动时效绘制的工艺曲线进行分析,
      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,观察我们对焊接构件岔管振动时效处理时获得的3张曲线图,可以看出时效前比时效后的数据变化情况:
      ******次时效曲线:时效前固有频率(时效转数)3632转、振动幅度10.5G
      时效后固有频率(时效转数)3627转、振动幅度22.2G
      时效曲线5分钟内上升到20G以上(此次时效******振幅22.2G可以判断振幅在时效5分钟超过20G以后是平稳状态)
      根据以上数据分析、******次振动时效时效后转数比时效前转数降低了5转(安行业标准分析数据时效后固有频率比时效前左移5转),时效后幅值比时效前幅值升高11.7G 、   根据行业标准曲线分析本次时效有效。 
      第二次 时效曲线:时效前固有频率(时效转数)4694转、振动幅度14.8G
      时效曲线在时效1分钟内有很小的变化,然后处于平稳状态
      时效前固有频率(时效转数)4694转、振动幅度16.6G

      根据以上数据分析、第二次振动时效时效后转数比时效前转数变化为0,时效后幅值比时效前幅值升高1.8G 。  
      第三次时效曲线:时效前固有频率(时效转数)4694转、振动幅度13.0G
      时效曲线时效20分钟幅值没有变化
      时效前固有频率(时效转数)4694转、振动幅度12.5G
      根据以上数据分析、第二次振动时效时效后转数比时效前转数变化为0,时效后幅值比时效前幅值降低0.5G 。  
      结论:从上述三次时效曲线图分析,******次时效前后参数变化较大,第二、第三次时效数据变化很小,而且两次的固有频率四组数据完全不变,时效曲线也没有变化,可以判断该焊接岔管在******次振动时效就已经达到了时效效果。
      下图曲线一、曲线二和曲线三相对******次、第二次和第三次时效曲线、



      ③ 根据施工方的要求对岔管的焊接残余应力进行了检测
      为了检测振动时效在******应力方面的效果,在振动处理前、后,分别在岔管焊接件主要焊缝上选择了13点进行残余应力的检测。测试现场见图(4-14)残余应力测试结果见表1。

图三

图四

图五

图六

图七

图八

图九

图十

图十一

图十二

图十三

图十四

表一
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          σ1(MPa)                σ2(MPa)               θ(度)
 测点 ------------------------------------   --------------------------------  ------------------
        振前   振后  ******率%    振前   振后  ******率%   振前   振后
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
   1:  212.88  107.81   49.4      85.64   75.69   11.6     -16.69  -26.22
   2:  253.98  182.33   28.2      92.36  123.95  -34.2      12.74   5.56
   3:  189.67  115.18   39.3     163.13   46.35   71.6      14.94  -4.30
   4:  293.88  158.11   46.2     270.86   31.86   88.2      0.61   -20.77
   5:  196.88  151.30   23.2      96.48  109.75  -13.8      -17.74  -4.07
   6:  264.27  164.26   37.8     147.98   83.87   43.3      10.74  17.04
   7:  275.83  142.52   48.3      95.06   55.20   41.9      23.16  23.64
   8:  253.49  140.92   44.4     108.35   60.68   44.0      17.97  11.87
   9:  204.13  136.26   33.2     130.58  101.53   22.3     -18.17  34.25
  10:  185.02  152.13   17.8     169.08   80.49   52.4      21.26  39.88
  11:  237.91  198.61   16.5      92.92   75.36   18.9      24.28  22.82
  12:  218.47  147.67   32.4     170.51  127.59   25.2      13.67  -22.50
  13:  216.39  159.65   26.2     127.36   76.84   39.7      14.83  19.62
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平均:  230.98  150.52   34.8     134.64   80.70   40.1        /     /
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结论
      ②从表1可以看出,该插管在振动处理前主平均应力为230.98MPa,而振动处理后主应力为150.52MPa,******率为34.8%,超过标准要求。这次VSR处理是合格的。