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某直徑7.2m的大型鋼岔管，分岔結(jié)構(gòu)為“卜”型，岔管壁厚32mm，是由Q345C鋼焊接而成。由于岔管結(jié)構(gòu)復雜、管壁較厚，焊接工藝復雜，在正產(chǎn)裝配過程中容易產(chǎn)生嚴重的殘余應(yīng)力，需要采用合理的工藝消除鋼岔管卷焊殘余應(yīng)力。根據(jù)工程實際情況，受現(xiàn)場制作工藝條件限制，岔管只能成型后分段吊裝、現(xiàn)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(jīng)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(yīng)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(chǎn)生共振現(xiàn)象，振動應(yīng)力會與工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力疊加，當疊加應(yīng)力超過屈服極限而產(chǎn)生微小的塑性變形時，構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力重新分布，并實現(xiàn)降低殘余應(yīng)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(xiàn)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(jié)，采用“多點連續(xù)彈性支撐”，間隔在節(jié)點處放置橡膠墊，鋼岔管的支撐以平穩(wěn)為準。結(jié)合工程實際情況，對鋼岔管進行整體振動時效消除應(yīng)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(nèi)底部分岔處架設(shè)“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(wěn)定后，分別把激振器和拾振器固定在合適的位置，調(diào)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(shù)選擇

通過掃頻試振，確定激振器固定于分岔點底部內(nèi)管壁上，拾振點位于岔支管內(nèi)壁之上；確定激振器偏心號數(shù)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(shù)，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(fā)生了組合特征的變化，根據(jù)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(yīng)力檢測

在鋼岔管分叉組合焊縫、環(huán)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(yīng)力進行測量。焊接應(yīng)力為平面應(yīng)力狀態(tài)，故采用120Ω三軸應(yīng)變片。首先用顯微鏡對準三軸應(yīng)變花后將殘余應(yīng)力裝置磁盤固定，儀器調(diào)零，然后用直徑1.5mm的鉆頭鉆孔，鉆孔深3mm，應(yīng)變儀采集記錄。利用公式計算出殘余應(yīng)力主應(yīng)力。

由上表數(shù)據(jù)可知

1.金屬殘余應(yīng)力狀態(tài)呈“雙向拉應(yīng)力”分布的區(qū)域易發(fā)生脆性斷裂。經(jīng)振動時效工藝處理后，岔管焊接殘余應(yīng)力得到充分釋放，發(fā)生脆性斷裂的風險解除。

2.經(jīng)過振動時效處理后，各測點焊接殘余應(yīng)力消除率均在38%以上，時效后部分測點的主應(yīng)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(yīng)力得到充分釋放，振動時效達到了良好的消應(yīng)力效果。