水利工程彰武、阜新配水站、叉管等构件振动时效处理

发布人：发布时间：2016-04-21

彰武配水站Ø3420×30加梁C线四通

振动时效******焊接应力及残余应力测试

前  言

彰武配水站Ø3420×30加梁工程拟对A线四通、B线三通、C线四通和D线四通等四个焊接构件焊接后的振动消应处理及残余应力检测。河北省水利工程局丹东管业分厂彰武配水站项目部委托大连理工大学工程力学系承担这个项目，经过两次现场勘查，并且和设计单位专家领导进行技术交流，听取专家领导的建议，编制了Ø3420×30加梁三通及四通的残余应力测试及振动时效消应专项方案，并通过相关评审。经过双方的共同协商，双方同意有关的技术要求、标准和工作范围。并在3个工作日内全部完成上述工作，现报告如下：

1、四通的振动时效处理

1.1．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。应力降力集中而防止裂纹。

1.1.1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：

1.1.2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。

1.1.3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。

1.2、振动时效设备：本次振动时效消应仪器采用大连大工振动时效科技有限公司开发的VSR-80型多功能便携式振动消应系统,单次消应******构件300吨。主要技术参数见下表：

型号	参数
VSR-80	激振器转数范围（r/min）	2000～8000
	激振力调整范围（KN）	0～50
	电机额定功率（W）	2200
	电机额定电流（A）	12
	可处理工件参考重量（T）	0～300T
	加速度量程（G）	0～50 (0～250m/s2)
	稳速精度（r/min）	±1
	供电电源电压	交流220v±10%,50HZ±4%

 

1.3．彰武配水站工程C线四通振动时效处理

四通是在现场焊接好的，处理前首先在基座和焊接构件之间采用橡胶支撑四点，然后做了两次个25分钟振动时效处理。处理现场请见图（一、二）

                    （ 图一）振动时效处理现场                                     （图二）振动时效处理现场

1.3.1、支承方式：四通四个管口底部于基座之间个采用3点橡胶支撑，使其达到降低振动阻力作用，如（图三）所示

 

                   （图三）四通振动时效处理支撑

1.3.2、激振点：由于结构的限制，激振器安装在构件钢性比较强的位置，采用C型卡具固定。如（图四）所示：

    

（图四）激振点位置及装夹方法     激振点布置图        （图五）振动传感器安装位置

      1.3.3.振动传感器位置：为了判断是否整体振动，振动传感器安装在激振器较远的

             管口位置。

1.3.4. 激振器偏心（激振力）设置：激振器偏心档位的选择应当满足保证构件产生 

   合适振幅。本次振动消应偏心档位选择为“4档(约15-20kn)激振力。

1.3.5. 激振频率：通过扫频由设备自动选择共振峰，处理时可由加速度幅值来控制。

1.3.6. 处理时间：C线四通在不同位置采用两次振动时效处理，分别各自时效时间25分钟。

1.4 振动时效处理曲线参数分析

本次对C线四通采用不同位置进行两次振动时效处理，时效曲线时效小结分别标注彰武C线主振和彰武C线辅振详见图六

     （图六、1）C线时效处理曲线参数  （图六2）C线振动时效处理曲线参数

******次时效数据分析：见图六1、

  时效前固有频率（时效转数）5526转、振动幅度9.45G

  时效后固有频率（时效转数）5502转、振动幅度13.92G

以上数据分析、******次振动时效时效后固有频率变化为左移24转/分钟，振幅比时效前振幅升高了4.47G 。   根据行业标准第6.1— a—n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、 右移）的曲线分析本次时效有效。

第二次时效辅振曲线数据分析：见图六2、

  时效前固有频率（时效转数）5482转、振动幅度9.98G

  时效前固有频率（时效转数）5738转、振动幅度7.66G

以上数据分析、第二次时效后固有频率比时效前固有频率变化为右移256转/分钟，时效后幅值比时效前幅值升高降低2.32G,时效曲线一直在小幅度的变化，***终变得平稳。

据行业标准第6.1— a—n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、 右移）的曲线分析本次时效有效。

结论：从上述两次时效曲线图数据分析，时效前、后的曲线数据振幅和固有频率均有变化，时效数据曲线（a-t曲线）在有小幅度的变化，***终变平。根据JB/T10375-2002机械行业标准第6.1 参数曲线观测法判断本次时效已经达到了时效效果。

1.5、振动时效数据效果分析

根据JB/T10375-2002机械行业标准对时效曲线进行效果分析详见该标准 6 振动时效效果评定方法

1.6、参数曲线观测法 见JB/T10375-2002.（6.1）

可根据振动时效过程中实时打印的a—t曲线的变化及a—n曲线振动前后的变化评估振动 时效的实际效果。 出现下列情况之一时，即可判定振动时效有效：

— a—t 曲线上升后变平；

— a—t 曲线上升后下降，***终变平；

— a—n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、 右移）；

— a—n曲线振后变得简洁而平滑；

— a—n曲线振后出现低幅振峰增值现象。

2、彰武C线四通时效前后残余应力检测

2.1残余应力检测设备功能及参数

2.1.1应力检测仪器型号DG-2101A4型，该检测仪器采用******嵌入式MCU控制技术、显示技术、模拟数字滤波技术等设计，精度更高稳定性更好。

2.1.2技术指标

1. 主机测点：4

2. 测量单位：με，kN，mm

3. 测量范围：应变0~±38000με 拉压力1~2000kN  位移10~500mm

4. 平衡范围：±38000με

5. 分辨率：1με

6. 桥路电阻：60~1kΩ

7. 桥    压：DC 2V

8. 接桥方式：全桥，半桥，1/4桥(公共补偿)

9. 平衡方式：自动扫描平衡

10. 扫描速度：4点/20毫秒

11. 灵敏系数：应变：0.01~9.99，拉压力：1~9999，位移：1~9999με；单点设置，统一设置

12. 显示方式：2位通道，6位测量值显示

13. 零点漂移：≤±3με/4h，≤±1με/℃

14. 综合误差：±0.2%F.S.±2με

15. 工作模式：本机自控/计算机外控

16. 工作温度：-10～+45℃

17. 工作电源：AC 220V 50Hz    DC 7.4V（内置锂电池供电）

18. 外形尺寸：200×115×35

19. 重    量：约0.5kg

2.1.3:场测试仪器、

2.2四通振前振后残余应力测试点布置

   为了检测振动时效在******应力方面的效果，在振动处理前、后，分别在四通焊接件主要焊缝上选择了16点，热影响区选择了4点，母材选择一点进行残余应力的检测。详细测点布置平面图见图七： 测点相对数据对应序号见附件二

                                                （图七）

2.3测试现场见图（8-16），

                        （图八）                                                                     （图九）

                               （图十）                                                                  （图十一）

                           （图十二）                                                                  （图十五）

                          （图十三）                                                                  （图十四）