金华时效振动 消除内应力的方法

提供重大及重点工程项目的大型金属结构的振动时效现场技术咨询与技术服务；
提供余应力检测服务，保证检定结果的真实性及性；
提供各种金属材料的材料力学性能检验，结构设计和强度分析检验，疲劳强度和疲劳寿命试验；
提供不锈钢及铝合金等材料的振动时效处理及余应力检测；
为用户的金属结构件提供现场振动时效处理；
为您提供振动焊接服务；
在水工金属结构、水力机械行业，广泛存在特大型构件、多种材质组合件、现场焊接构件等水工构件，由于不具备特大型退火炉，而且处理时间长、运输困难，无法采用热时效进行消除应力处理。如浙江省水利水电勘测设计院（简称我院）设计的浙江省白水坑水电站压力钢管出口处的钢岔管，为卜型岔管，主要直径3.85m，两只管直径各为2.27m，岔道全长10.78m，宽7.35m，材质为16Mn，重量36000Kg，承压静水头115m。该工件结构复杂，由多片不规则钢板及较厚的月牙肋组焊而成，存在着较大的焊接残余应力，尤其是在月牙肋与主管和支管间的焊缝附近。由于该岔管属于大型焊接构件，因此迫切需要寻求一种可靠、的消除残余应力工艺方法。
2 振动时效工艺
振动时效工艺（Vibratory Stress Relief）简称VSR技术，自20世纪70年代末从国外引进，经过国内的系统研究和消化吸收后，近年来不仅已在航天航空、石化、机床、机车车辆、冶金、造船、矿石机械、水工机械、等行业推广使用，而且还制定了相应的行业技术文件和推荐标准——HB/Z229—93《振动时效主要参数及技术要求》，以及JB/T5926—91《振动时效工艺参数选择及技术要求》。这些足以说明振动时效技术、已成熟，并已有据可依。
振动时效是基于谐波共振原理，将激振器产生的周期性振动力通过共振因子放大，从而使被处理的构建获得相应的能量，此能量相当于热时效的热能，驱使工件内原子产生更大的振动，材料发生局部屈服，使晶体内部错位和晶界产生微观滑移，引起微观塑性变形，致使残余应力在量值上减少和整体应力在较低水平上的重新分布；在宏观上，通过外加的交变应力与工件内残余应力叠加使工件在较大残余应力区产生局部屈服，从而引起应力松弛和残余应力在量值上的减低。它不会改变材料的机械性能，也不会引起任何材料金相组织的变化。
压力钢管在制作过程中会产生较大的残余应力，尤其是岔管，由于结构复杂，焊接后其内部残余应力较大，为**钢岔管运行的可靠性，必须对焊接后的岔管进行消除残余应力处理。降低残余应力的方法在DL5017—93《压力钢管制造安装及验收规范》有明确规定。由于热处理的工艺设备投资大，处理时间长，且大口径岔管整体热处理后运输难度大，而振动时效技术作为一种节能技术，在相关行业已成熟应用，其设备便携，操作方便，对要求不改变构件材料金相组织的压力钢管来说，是一种地处理其残余应力的方案。
3 白水坑水电站钢岔管的振动时效处理
白水坑水电站装机容量2*20MW，为引水式水电站，设计静水头115m，一管二机布置，压力钢管出口处的钢岔管为卜形岔管，由厚度20.22.25mm的钢板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均为16Mn。该岔管的进口端中径3850mm，出口端中径各为2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水电建设有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使会产生大量的残余应力，我院设计要求岔管应经过退火消除残余应力处理，而就近的退火炉根本无法满足该岔管的退火工艺要求，且工程建设施工周期十分紧迫。经过多次消除残余应力方案研究及论证，并委托水利部产品质量标准研究所对岔管固有频率进行估算，认为采用振动时效技术降低及均化岔管残余应力是可行的。鉴于全国振动时效技术的推广中心华东分中心长期使用振动时效技术的经验，为此经、设计、监理等有关各方协商，本次白水坑水电站钢岔管的振动时效处理委托该中心进行。
2002年10月23~25日，水利部全国振动时效技术推广中心华东分中心携设备赴白水坑水电站施工现场对上述钢岔管进行振动时效消除应力处理。、设计、制作、监理、等有关各方常见本次实施过程。
3.1 岔管振动时效处理工艺方案
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

底座振动时效处理
1．振动时效处理
a．主振：根据工件的结构特点采用四点支撑，激振点、拾振点具体位置见照片3。采用手动处理，激振频率4670RPM/min，时效时间30分钟，偏心档位8档。
b．振动：原支撑不变，激振点、拾振点旋转90°，采用手动处理，激振频率4720RPM/min，时效时间30分钟，偏心档位不变。
2．残余应力检测：为了验证振动时效效果，对构振前振后焊接残余应力测试。测试方法选用盲孔松弛法，测点选择14点测点分布见图3，测试结果列在表二中。
表二  底座振动时效测试数据表   单位：MPa
点号 δ1 δ2
 振前 振后 消除率 振前 振后 消除率
1 280.90 201.72 -28.19 16.48 6.88 -58.27
2 227.86 153.40 -44.79 81.74 41.93 -48.71
3 431.62 221.26 -48.74 262.16 64.54 -75.38
4      
5 171.13 115.28 -32.63 9.62 2.41 74.89
6 251.44 136.90 -45.55 111.71 52.38 -53.11
7 200.82 163.27 -18.70 9.10 5.34 -41.35
8 137.92 96.80 -29.81 31.01 24.73 -20.26
9 130.67 95.86 -26.64 12.64 7.02 -44.46
10 187.61 128.43 -31.54 61.64 28.73 -53.39
11 242.37 145.12 -40.13 33.36 25.98 -22.11
12 240.76 151.70 -36.99 250.62 62.19 -75.19
13 213.33 104.40 -51.06 51.38 33.24 -35.30
14 179.57 131.41 -26.82 55.97 30.83 -44.91
平均应力 226.62 141.96 -35.51 75.95 29.71 -49.79
注：测点4应变片损坏
3．结果分析
从测试数据上看，振前平均主应力为226.62MPa，振后平均主应力为141.96MPa，降率为-35.51%。且均化较好。
4．结论
本次工艺处理，残余应力下降率为-35.51%。且均化较好。完全满足了国家行业标准JB/T5926-2005标准要求。说明连铸机底座工件采用振动时效去应力，效果较好，工艺可行
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

振动时效技术已在我国推广了十几年，且一直作为六五、七五、八五重点推广项目，二000年又被国家经贸委列为重点节能推广项目，振动时效技术在包括机床、冶金、矿山、航空、航天、、轻工、电力、纺织、风机、建筑、造纸等机械制造业得二千多家企业中被使用。为了更快、更好的将振动时效技术纳入工厂正规的工艺文件，使各部门有章可循、有据可查，我们在本章将着重地谈一谈振动时效技术文件的编制问题。
§9—1振动时效工艺原则
     振动时效工艺守则是对振动时效技术应用及检查的总的原则，它应包括以下几个方面的内容。
一、总则部分：它包含制定本守则的目的几使用范围。
二、生产前的准备：它包括对设备的检查、仪器的导线连接、工作场地的定制管理等。
三、预分析：根据工件的形状，分析可能出现的振型，以操作人员正确的对工件的支撑及激振器和传感器的装卡。
四、试振：它包括初步测试工件的固有频率和验证第三部分所做出的分析是否正确，如果预测分析与实际有所差别，应通过这步工作调整过来。在这部分还包括主振频率、激振力、振动时间的确定。
五、振动处理过程：包括振动处理全过程的操作程序和各程序的确定原则。
六、质量管理制度：包括时效效果的检验方法及检验方式。
七、仪器的保养与维护。

振动平台振动时效工艺
     对于一些中、小件，如果单个进行振动时效处理，肯定是令人的事，这时您可以考虑采用振动台式的方式。关于振动台得设计问题是一个非常复杂的问题，既不懂振动时效原理，又对理论学知之甚少的人是难以胜任的。我曾遇到过多次这样的事情，有限是振动时效设备生产厂家的人员和用户讲，您们焊块大钢板，把工件紧在上面就可以了，结果用户这样做了，但起不到效果。在去年被邀请到一家钢铁厂去帮助解决问题。他们提出了用振动台处理构件加工后变形仍很大，我看过他们的振动台后，告之他们问题就在振动台上，在振动处理时工作台得刚度很明显的小于工件的刚度，这样激振器的能量（或者说动应力）怎么能通过工作台加工到工件上呢？后来帮助他们重新设计，修改。效果就不一样了，完全合格。
     总结起来说设计振动台必须牢记以下原则：
1、首先要保证振动台的刚度应大于工件的刚度。
2、应使振动台和工件组成一体系的中性面接近工件和振动台的接触面。
3、振动台的大小应以工件的大小及批量来确定。
振动台上工件的布置应以工件获得能量为原则。
提供重大及重点工程项目的大型金属结构的振动时效现场技术咨询与技术服务；
   提供余应力检测服务，保证检定结果的真实性及性；
   提供各种金属材料的材料力学性能检验，结构设计和强度分析检验，疲劳强度和疲劳寿命试验；
   提供不锈钢及铝合金等材料的振动时效处理及余应力检测；
   为用户的金属结构件提供现场振动时效处理；
   为您提供振动焊接服务；

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