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焊接殘余應(yīng)力會影響水電站高強(qiáng)鋼岔管性能，因此需要進(jìn)行殘余應(yīng)力消除處理。本文采用振動時效工藝去除鋼岔管殘余應(yīng)力，并在振動時效前后采用磁測法進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，定量判斷振動時效效果。
鋼岔管振動時效實(shí)施方案
根據(jù)振動時效工藝要求，工件應(yīng)放置在彈性支撐上，支撐點(diǎn)位于工件受迫振動的節(jié)線處，在現(xiàn)場現(xiàn)有的條件下，對岔管安裝過程中布置的支撐進(jìn)行改造，將所有的支撐物與岔管之間加墊橡膠墊，確保岔管與原支撐脫離剛性連接并在振動時效過程中不再調(diào)整支撐位置。
岔管現(xiàn)有的支撐形式會對振動能量的傳遞產(chǎn)生一定的阻尼，為了消除這種不利影響，根據(jù)岔管薄殼結(jié)構(gòu)形式，可以采用多點(diǎn)激振的方法，保證岔管各部分都能獲得足夠的振動能量。
在多點(diǎn)振動的同時，每個激振點(diǎn)還要采取逐級增大動應(yīng)力的多次振動，在低檔時消除高值殘余應(yīng)力，在高檔時消除低值殘余應(yīng)力。這樣不僅保證了殘余應(yīng)力的降低率符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而且避免了動應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加后超過材料的強(qiáng)度極限而造成強(qiáng)度破壞或原有缺陷的擴(kuò)展。
同時，施振過程中，在岔管底部觀察支撐受力變化情況，制定措施，確保岔管的安全。
振動時效前的準(zhǔn)備工作
1. 整理現(xiàn)場。清理出地平，預(yù)留出放置儀器的場地和人員通道。
2.改造岔管支撐。拆除岔管安裝的剛性支撐，將橡膠墊塞入支撐與岔管管壁之間，頂緊壓實(shí)。加固薄弱支撐，將所有支撐與岔管管壁脫離。
3.振動時效前對岔管焊縫進(jìn)行外觀檢測和表面磁粉檢測。消除焊縫成型不良和表面裂紋的影響。
4.振動時效前對岔管焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行超聲波探傷檢測。消除焊縫內(nèi)部超標(biāo)缺陷，并對記錄缺陷進(jìn)行跟蹤。
5.振動時效前岔管進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。測試前選取與岔管模型相同的材料，按照同樣的焊接工藝制定標(biāo)定試樣，標(biāo)定應(yīng)用懸臂梁逐級加載法，記錄不同應(yīng)力值標(biāo)定靈敏度。鋼岔管測試部位根據(jù)焊縫分布情況及應(yīng)力分布情況確定，原則上每條焊縫不少于2處。確定位置后，用白色記號筆標(biāo)記出測試部位并編號，所有被測部位不得有涂層、飛濺及污物，打磨后電解拋光。采用磁測法測試殘余應(yīng)力并記錄測試結(jié)果。
6.振動時效前岔管管口進(jìn)行位置檢測。時效前在岔管上游管口處測量管口錯邊量并記錄。
實(shí)施振動時效
1.確定激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)位置。根據(jù)機(jī)械振動理論，分析判斷構(gòu)件可能的共振頻率及構(gòu)件在激振頻率范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的振型，在此基礎(chǔ)上，選擇激振設(shè)備的頻率范圍，確定支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)等位置。支撐點(diǎn)選擇在波節(jié)處或附近，激振點(diǎn)選擇在被振工件的波峰處或附近，拾振器應(yīng)固定在遠(yuǎn)離激振器且能反映主振頻率振型*大振幅處或附近，其方向應(yīng)與振動方向一致。經(jīng)計算分析，岔管的諧振頻率估計在3500-4500r/min左右，振型為彎扭振型，節(jié)點(diǎn)在岔管橫截面時鐘位置5點(diǎn)、7點(diǎn)附近，波峰在岔管頂部。根據(jù)以上分析，選用2000-8000r/min的激振設(shè)備應(yīng)能激起工件的諧振響應(yīng)。激振點(diǎn)選擇在岔管頂面加勁環(huán)上以便于安裝，容易引起諧振響應(yīng)，初步確定在岔管*大直徑處周圍的3個加勁環(huán)上各設(shè)一個激振點(diǎn)，并根據(jù)時效效果對激振點(diǎn)有所增減或變更位置；拾振器放在岔管頂部距激振點(diǎn)約2-3m處。
2.安裝激振器及拾振器。將激振器底座與鋼岔管頂部加勁環(huán)剛性連接，并用專用卡具緊固，接觸面良好，然后將偏心調(diào)到2檔，連接好激振器與控制器之間的4芯線。拾振器放在岔管頂部距激振點(diǎn)約2-3m并有明顯振感的地方，連接好加速度信號線。
3.試振。根據(jù)估計的諧振頻率，將*高轉(zhuǎn)速設(shè)為6000r/min，偏心檔暫選定在2檔，時效時間設(shè)為2-3min。開始試振時激振器由2000r/min開始掃頻，看1階、2階、3階諧振頻率及位移幅各為多少，當(dāng)設(shè)備自動選擇電流和加速度值-*大時，相對應(yīng)的諧振頻率為主振頻率。在以主振頻率激振時，工件會發(fā)出較大的嗡嗡聲。此時，往岔管上撒一些沙子，沙子會劇烈的跳動，沙子聚攏外為波節(jié)，反之為波峰。也可通過變化拾振器的位置來檢測波峰、波節(jié)位置，根據(jù)試振情況對激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)的位置加以調(diào)整，使之更為合理。
4.正式振動。在試振的基礎(chǔ)上確定正式振動時的時效參數(shù)，如主振頻率、時效階數(shù)、*高轉(zhuǎn)速、時效時間和偏心檔位等。主振頻率可從試振時的掃頻曲線得知；時效階數(shù)一般選1階和2階，如果2階諧振時的振幅較小，則只選1階諧振；*高轉(zhuǎn)速應(yīng)高于諧振頻率100-300r/min；時效時間不宜過長，因?yàn)樵谝灾髡耦l率開始振動后的3-5min內(nèi)，時間-振幅曲線變化明顯，然后逐漸變平。一般情況下，時間-振幅曲線變平后的5-10min內(nèi)應(yīng)結(jié)束振動，因此，每次振動時間以不超過15min為宜。正式振動時，應(yīng)記錄相關(guān)參數(shù)并打印出測試曲線及數(shù)據(jù)。
振動時效后的檢測
1.時效后超聲波探傷檢測復(fù)查。在所有激振點(diǎn)的各次振動全部完成后，對岔管進(jìn)行振后的超聲波探傷檢測復(fù)查，并對原記錄缺陷進(jìn)行振動前后的對比分析。
2.振動時效后進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。在所有激振點(diǎn)的各次振動全部完成后，對岔管進(jìn)行振后應(yīng)力測試，并對振動前后應(yīng)力進(jìn)行對比分析。
3.振動時效后進(jìn)行位置測試。在所有激振點(diǎn)的各次振動全部完成后，對岔管進(jìn)行振后位置測試，并對振動前后進(jìn)行對比分析。
振動時效效果評定
判定時效振動效果依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過兩種方法進(jìn)行評定，采用參數(shù)曲線觀測法進(jìn)行定性評定和采用殘余應(yīng)力測試進(jìn)行定量評定。
岔管各激振點(diǎn)振動時效前后的掃頻曲線發(fā)生了變化，加速度轉(zhuǎn)速曲線(a-n曲線)左移，振幅升高，說明固有頻率下降，阻尼減少；加速度時間曲線(a-t曲線)也發(fā)生了變化，加速度幅值升高或降低后趨于平穩(wěn)；根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)判定岔管振動時效取得效果。
殘余應(yīng)力測試結(jié)果評定
岔管焊縫各測區(qū)峰值殘余應(yīng)力振動消應(yīng)效果對比曲線
岔管焊接殘余應(yīng)力消除效果評定。岔管共選擇29個測區(qū)，其中單向峰值殘余應(yīng)力大于600MPa的有4個測區(qū)，單向峰值殘余應(yīng)力處于500-600MPa之間的有24個測區(qū)，單向峰值殘余應(yīng)力小于500MPa的有1個測區(qū)。振前測點(diǎn)平均應(yīng)力573MPa，振后測點(diǎn)平均應(yīng)力380MPa。經(jīng)過振動時效后，應(yīng)力平均值降低率為33.6%。振前*大應(yīng)力625MPa，振后*大應(yīng)力418MPa，振前最小應(yīng)力459MPa，振后最小應(yīng)力317MPa。
結(jié)論
根據(jù)上述試驗(yàn)可驗(yàn)證振動時效可有效地提高工作效率，改善水電站高強(qiáng)鋼岔管的使用性能。
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