振动时效消除应力 管道应力消除

近二十年来，振动消除应力技术的研究和应用，在我国取得了飞速的发展。在此期间，经国内许多单位的共同努力，在振动时效机理、振动时效工艺技术和应用方面，取得了突破性的成果，制定了我国部关于振动时效方面的国家行业标准“*共和国机械行业标准JB/T5926-2005”，指导了该项技术的应用和设备的生产，推动了该项技术在机械行业的广泛应用。我国生产办公室也将该项技术的推广应用列入了“八五规划”。
振动处理的关键在于消除或均化金属构件残余应力，而残余应力对于焊接构件疲劳寿命的影响是严重的，这已在近十年来得到公认。因此作为以消除残余应力为主要目的的振动时效技术，完全可以用来提高焊接构件的疲劳寿命。
国内外大量研究资料表明，振动时效对焊接结构件的根本作用在于“消除”残余应力。因此国外将其称做“振动消除应力”。焊接结构件残余应力分布较其不均，应力剃度相当大，而振动时效一个的特点就是使高残余应力下降，使应力分布均化，因此振动时效在“消除”焊接结构残余应力上效果十分明显。同时，由于残余应力的“消除”，振动时效还可以有效地延缓断裂裂纹的产生和降低应力腐蚀开裂。
回转臂是连铸机上的主要部件。上海重矿连铸技术工程有限公司生产的回转臂主要部分是复杂板焊接梁，其结构如图1。焊后有较高的焊接残余应力，由此引起焊后工件变形。一般焊接时为满足图纸尺寸要求，加一些工艺板，控制工件尺寸焊接后必须进行去应力，去应力后拆除工艺板，合适的去应力工艺可以保证工件不变形，一般去应力采用热处理工艺，这种方法耗资高、工期长。经研究，此次采用振动消除应力工艺，实验证明，振动后去除工艺板，完全满足了工件尺寸要求，效果良好。
二、振动时效工艺实验
1．振动时效：根据工件的结构特点，采用四点支撑，激振点在A处，拾振点选在B处，具体位置见图1。振动所使用的设备是上海乐展电器有限公司有限公司生产VSRDS-08型振动时效装置。这种设备有良好的使用性能，并可在振动的同时绘制幅频曲线，可观察振动效果。其曲线如图2。
2．残余应力测试：为观察振动时效效果，在振动后选主要焊缝处18点用盲孔松弛法测试了残余应力，测点位置标在图1。因为工期紧张，此次没有测试焊前的残余应力。根据以往其它单位的数据做参考，这种材料焊后焊缝中心残余应力，以σ1在190MPa左右，这样就可以计算工件振后的主应力的下降率。测试的振后的残余应力结果列在表2中。
三、结果分析
1．振后去除工艺板，工件没有变形，说明振动时效效果良好；
2．工件的焊缝比较复杂，可能出现低应力，甚至出现压应力，如17、18点的数据；
3．表1中除去3、6、17、18点，取14点的平均值94MPa，用190MPa计算工件振后σ1，下降率为51%是一个很好的效果。
四、结论
综上所论，首先振动时效满足了工件尺寸要求，其次振后残余应力主应力平均下降可达51%，大大满足了JB/T5926-2005标准要求。说明回转臂一类工件采用振动时效去应力，效果良好，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℃）；

108吨矿用自卸汽车的**厂，经使用证明，该车性能良好、结构合理。但是，由于作业环境比较恶劣，运行中的汽车车架多次出现断裂裂纹，裂纹部位多发生在中横梁管环缝焊接处及举升轴侧加强板上。
分析认为除材料本身特性及结构应力等原因外，主要是焊接应力造成的（全车四个大的环缝焊区包含五十二个小的焊接环缝）。经动应力测试证明，该车架大部分焊缝区的焊接应力在0.5~0.7σS，个别点接近σS量级。
为消除或降低108吨汽车车架焊接残余应力，防止断裂裂纹发生，原计划建造大型焖火窑，进行热时效处理，但因费用昂贵，未能实施。2005年四月份，厂方与上海乐展电器有限公司一起，经过多次试验研究，用振动时效处理代替热时效消除或降低108吨汽车车架焊接残余应力，效果十分理想。
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℃）；

通过工艺试验确定振动时效工艺规程
工艺试验的目的在于给出合理的振动时效工艺参数，制定生产实用型的振动时效工艺规程。其目标是降低车架焊接残余应力，以便给出振动时效工艺参数。
根据工艺试验结果确定工艺规程如下：
1．支撑方式
为使车架易于绕中横梁轴扭振和使两纵横梁沿水平方向扭振而采用三点支撑：在龙门梁底部及两侧梁举升轴座下各放一根枕木形成稳定的三点支撑方式。
2．激振点的确定
根据结构型式确定三个激振点，车架前保险杠端点、龙门梁前悬挂板车架纵梁后氮缸悬挂板（激振器夹在纵梁后氮缸挂板上）。
3．工艺参数的制定（见表15工艺参数表）
4．振动时效工艺程序
①将车架按规定方式放好，并垫好枕木支撑。
②将振动时效装置的激振器垂直固定在纵梁后氮缸悬挂板上，并使激振器平面与纵梁垂直，在另一纵梁后氮缸悬挂板垂直方向上固定拾振器。
③扫频：先将激振器偏心调到一档，然后开机自动扫描，画G-f曲线（见图15）。
④时效处理：将激振器偏心调整到三档，开机后将频率调到6350RPM，仔细观察车架处于振动状态后，开始时效处理，时间15分钟，同时绘出G-t曲线（见图15）。
停机后，重新开机并将频率调到8750RPM进行再次时效处理，时间15分钟，同时绘出*二条G-t曲线（见图15）。
⑤扫频：停机后将激振器偏心调回到一档，然后再开机自动扫频，同时绘出振后的加速度频率曲线（红线）。
⑥自动停机后，将激振器移到另一侧龙门梁前悬挂板上固定，其振动平面与龙门梁平行。按上述程序做同样的时效处理：扫频时激振器调到一档，时效时激振器调到三档。时效时间为10分钟。重新绘出一张G-f、G-T曲线图来，至此时效完成。
整个处理时间为40分钟，加上装卡，调试时间约80分钟。共有两个激振点，三个激振频率。
每个车架振动时效处理完成后，可以获得两张曲线图以供存档。
停机后填写时效工艺卡片，并附以上述两强时效曲线图，以供检查。
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℃）；

岔管振动时效处理效果评定
从振动时效A~t曲线及振前、振后A~f曲线对比可以看到：A~t曲线升高后降低然后变平；振后A~f曲线较振前峰值频率左移（5195r/min左移至5170r/min），带宽明显变窄，根据JB/T5926—91《振动时效工艺参数选择及技术要求》中4.1.2条判定，该工件通过振动时效已取得了较好的效应效果。
4 结语
白水坑水电站已于2003年6月顺利正式并网发电，压力输水系统运行正常。本次的钢岔管振动时效消除应力处理结果，通过比照有关振动时效处理标准，并对处理后所有焊缝进行超声波探伤，证明振动时效技术在降低及均化至消除岔管残余应力方面，是一种简便、有效、节能（*燃煤）、快捷的先进工艺，无运输问题，不受工件尺寸、重量、结构、场地的限制，十分值得应用与推广。
振动时效工艺技术在水工金属结构、水力机械制造行业已有较多的应用，并在水轮发电机组构件中取得了明显成效。随着越来越多钢岔管的使用，这项技术将越来越体现其应用价值。但振动时效工艺处理结果，是根据国家标准对照振动时效处理曲线及图形来判定效果，虽可靠但没有量化指标。为了更为直观地反映残余应力的降低、均化以及消除情况，建议制定振动时效工艺方案时，增加振前、振后对残余应力进行测试的内容。这一措施是切实可行的。
参考文献
[1] JB/T5926—91，振动时效工艺参数选择及技术要求[S].
[2] DI5017—93，压力钢管制造安装及验收规范[S].
[3] 全国振动时效技术推广中心。全国振动时效技术（VSR）论文集[C].
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℃）；