南京振动时效处理

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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℃）；

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℃）；

振动时效设备的构造原理
振动时效技术应用需要有专门的振动时效设备，振动时效设备大体上由控制器，激振器，传感器等三部分组成。
一、控制器：控制器是振动时效装置的心脏，它的主要功能是控制激振器上的电动机按操作者得指令要求运转，并吧测得的有关数据给予显示和打印，控制器的技术指标代表着整体设备的水平。
控制器一般由CPU板、控制板、硬件、显示板和打印机等组成。原有的控制器一般是通过大量的电子元件之间的控制实现控制器的基本功能，
二、激振器：激振器是振动时效装置的执行部分，对于构件的振动时效处理，就是通过激振器来完成的。激振器主要有调速电机、偏心块和偏心箱组成，电机的转速及升降的速度是由控制器来控制的，电机带动偏心两可调的偏心块运转，产生一定的周期激振力，激振力通过偏心箱作用在被时效的工件上，以实现对工作的振动时效处理。
三、传感器：传感器是用来测试工件的振动情况的，它将工件的实际振动变成电信号传输给微机处理，帮助微机实现对工件的振动监视。
HK系列振动时效装置是根据十多年的振动时效实际工作经验，并对包括美国马丁公司产品在内的多种振动时效装置的实际长期使用、摸索、研究后，结合建伟成熟的振动时效理论及工艺研究而研制成功的具有全自动*系统控制体系的振动时效装置，它与现有的振动时效装置相比，**的优点是：
1.控制其中的*系统会自动地确定振动时效工艺参数，如果是操作者自己选择参数，当参数不合适时，控制器会自动关机，并告知不合适的原因，指示您再调整。
2.对振动处理的数据及曲线，微机先记忆起来，然后按操作者的需求方式给予打印。
3.由于采用的是软件控制，所以控制器不仅具有可编程功能，而且电子元件个数大大减少，故障率较低，又由于采用的插板式结构，即使一般人员维修起来也特别方便。
4.由于激振器各部分是经过严格挑选的，所以其可靠性大大提高。
5. 一台控制器各可控制多种规格的激振器。
6.时效过程中动态检测工件应力的消除情况，做到适时停机。

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、现场焊接构件等特殊水工构件，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、高效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指导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高效节能技术，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，是一种高效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，为此经业主、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。业主、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℃）；
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；
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