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南京聚航科技有限公司
主營產品： 振動時效設備，殘余應力檢測儀，應力應變測量，殘余應力消除設備 |
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主營產品： 振動時效設備，殘余應力檢測儀，應力應變測量，殘余應力消除設備 |
2024-7-12 閱讀(170)
某直徑7.2m的大型鋼岔管，分岔結構為“卜"型，岔管壁厚32mm，是由Q345C鋼焊接而成。由于岔管結構復雜、管壁較厚，焊接工藝復雜，在正產裝配過程中容易產生嚴重的殘余應力，需要采用合理的工藝消除鋼岔管卷焊殘余應力。根據工程實際情況，受現場制作工藝條件限制，岔管只能成型后分段吊裝、現場組裝焊接，因此采用熱時效工藝非常困難。所以廠家找到南京聚航科技有限公司，希望我們能夠提供好的解決方法。
經多次研究探討后，決定采用振動時效方法消除鋼岔管的焊接殘余應力。其原理就是工件在某有特定頻率的周期激振力的作用下產生共振現象，振動應力會與工件內部的殘余應力疊加，當疊加應力超過屈服極限而產生微小的塑性變形時，構件內殘余應力重新分布，并實現降低殘余應力、強化金屬基體的時效作用。
振動時效工藝方案
鋼岔管振動時效在水電站安裝工地引水隧洞的現場進行。岔管連同椎管、與岔管連接的部分主管及支管的管節，采用“多點連續彈性支撐"，間隔在節點處放置橡膠墊，鋼岔管的支撐以平穩為準。結合工程實際情況，對鋼岔管進行整體振動時效消除應力試驗，采用“單點異頻"3次激振的工藝處理方案，在岔管支管內底部分岔處架設“激振器"進行不同激振頻率的振動時效工藝處理。鋼岔管支撐穩定后，分別把激振器和拾振器固定在合適的位置，調整激振器的偏心位置，對鋼岔管進行全程掃頻，得到鋼岔管的固有頻率。
時效工藝參數選擇
通過掃頻試振，確定激振器固定于分岔點底部內管壁上，拾振點位于岔支管內壁之上；確定激振器偏心號數8-9檔；施振頻率6672rpm-6872rpm。
振動時效處理
采用振前掃描獲取時效工藝參數，分別進行8分鐘、8分鐘、7分鐘的3次振動時效處理。
從3次時效處理的振前、振后振幅頻率A-n曲線對比分析可以得出，A-n曲線振后共振峰發生了組合特征的變化，根據GB/T25713-2010標準判定振動時效工藝處理是有效的
岔管焊接殘余應力檢測
在鋼岔管分叉組合焊縫、環縫、縱縫及T字焊縫等處布置13個測點，對岔管振動時效前后焊接殘余應力進行測量。焊接應力為平面應力狀態，故采用120Ω三軸應變片。首先用顯微鏡對準三軸應變花后將殘余應力裝置磁盤固定，儀器調零，然后用直徑1.5mm的鉆頭鉆孔，鉆孔深3mm，應變儀采集記錄。利用公式計算出殘余應力主應力。
測點編號 | 時效前焊接應力（MPa） | 時效前焊接應力（MPa） | 消除率（%） | ||
σ1 | σ2 | σ1 | σ2 | ||
1 | 109.7 | 88.9 | 62.7 | 24.8 | 44.0% |
2 | 105.2 | 50.7 | 63.4 | -31.0 | 39.7% |
3 | 21.6 | 12.8 | -11.4 | -33.0 | 正負異向 |
4 | 141.6 | -25.1 | 69.0 | 20.5 | 51.1% |
5 | 69.2 | 8.6 | 5.4 | -22.3 | 正負異向 |
6 | 148.1 | 124.0 | 68.0 | 54.1 | 54.1% |
7 | 33.8 | 13.7 | 13.5 | -30.5 | 正負異向 |
8 | -47.9 | 64.6 | 62.1 | 39.3 | |
9 | 26.8 | 32.5 | -10.0 | -30.1 | |
10 | -87.4 | -60.4 | 51.5 | 40.7 | |
11 | -23.3 | -14.9 | 43.8 | 6.1 | |
12 | -151.3 | -50.0 | -93.8 | -66.4 | 38.1% |
13 | 138.9 | 99.1 | 56.4 | 35.5 | 59.6% |
由上表數據可知
1.金屬殘余應力狀態呈“雙向拉應力"分布的區域易發生脆性斷裂。經振動時效工藝處理后，岔管焊接殘余應力得到充分釋放，發生脆性斷裂的風險解除。
2.經過振動時效處理后，各測點焊接殘余應力消除率均在38%以上，時效后部分測點的主應力基本呈“正負異向"改變，說明焊接部位的分子排列位錯顯著改善、殘余應力得到充分釋放，振動時效達到了良好的消應力效果。
