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大连大工振动时效科技有限公司
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1#高炉热风炉炉壳结构振动时效报告
发布人：发布时间：2014-06-24
1#高炉易地大修热风炉炉壳结构******焊接应力的振动时效处理
前 言
本溪钢铁(集团)修建有限责任公司生产的焊接件-1#高炉热风炉炉壳结构，在生产加工中需要采用时效工艺******结构焊缝处的残余应力、控制加工变形。为了降低成本，提******率，公司生产部门提出了采用振动时效工艺代替热时效及自然时效工艺******焊接残余应力的计划。
根据公司生产部门提出的研究计划，结合具体情况，本室提出了采用振动时效技术降低和均化1#高炉热风炉炉壳结构（16带-21带）焊接残余应力、控制焊接变形工艺的实施方案，并测试炉壳结构焊缝处的焊接残余应力，根据焊接残余应力的测试结果评价处理效果。
经过厂校双方有关人员的共同努力，近一个月全部完成上述工作，现报告如下：
一、1#高炉热风炉炉炉壳的分段振动时效处理
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，现行标准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应用良好，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．热风炉炉壳子分段振动时效处理
2.1 技术目标：
用振动时效处理1#高炉热风炉炉壳结构焊接件，在构件不受任何损伤的情况下，要求******焊接残余应力、控制变形，减少裂纹产生，提高1#高炉热风炉炉壳结构焊接件加工精度。
2.2 实施计划：
1#高炉热风炉炉壳结构焊接件（16带-21带）焊接残余应力的测试
①1#高炉热风炉炉壳结构焊接件测点选择：
根据1#高炉热风炉炉壳结构形式，在炉壳结构焊缝处选择测点，关键部位焊缝焊缝不少于5个部位。
②测试方法：
采用盲孔法，对1#高炉热风炉炉壳结构焊缝进行振动时效前后残余应力测试。
③测试工况：
振动时效工艺处理前后 1#高炉热风炉炉壳结构（16带-21带）中1带；
④做振动时效前、后的残余应力测试，以观察处理效果，验收标准按JB/T10375-2002标准，焊接件残余应力******水平应大于30%。
3.1#高炉热风炉炉壳结构焊接件（16带-21带）振动时效处理
乙方根据现场情况，选定相应的工序阶段，选择合适的位置，把1#高炉热风炉炉壳结构焊接件（16带-21带）采用三点或四点柔性支撑（道木或橡胶垫）支起，对炉壳焊接件进行振动时效处理，选择合理的工艺参数，采用多点、各节频率相互合理组合的处理工艺控制动应力大小，达到******焊接残余应力、控制焊接变形的目的，同时做振动时效******残余应力效果检测。
各段处理现场请见图（1~4）。
图1：1#高炉热风炉炉壳结构分段振动处理现场
图2：1#高炉热风炉炉壳结构分段振动处理现场
图3：1#高炉热风炉炉壳结构分段振动处理现场
图4：1#高炉热风炉炉壳结构分段振动处理现场
图5：残余应力测试现场
① 处理情况。
1．支承方式：热风炉炉壳分段底部用道木支承。
2．激振点：由于结构的限制，激振器安装在分段底部端板边缘，用卡具卡住。
3．拾振位置：拾振器安装在分段上部。
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
转炉炉壳焊接件（16-21带）在振动处理时给出了5条的监测曲线（见附图）。
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，观察我们对热风炉炉壳焊接件（19/20带、17/18带和15/16带）处理时获得的3张曲线图，可以看出：
分段（16带）焊接件处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，峰值上升2.6g。
分段（17带）焊接件处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈下降型，频率下降了19转/分，峰值下降0.6g。
分段（18带）焊接件处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，峰值上升0.6g。
分段（19带）焊接件处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈上升型，的频率下降了24转/分，峰值上升0.2g。
分段（20/21带）焊接件处理曲线图上时间－振幅曲线[G（T）]，呈下降型，的频率下降了2转/分，峰值下降0.3g。
③ 分段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，在18带分段主要焊缝选择5点进行残余应力的检测。残余应力测试结果见表1。
表1：第18带分段焊缝残余应力测试数据表 单位：MPa
结论与分析：
从表1可以看出，第18带分段动处理前主应力为317.09MPa，而振动处理后主应力为182.86MPa，******率为40.79%，超过标准要求。这次VSR处理是合格的。
