大型钢岔管振动时效工艺应用
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某直径7.2m的大型钢岔管，分岔结构为“卜”型，岔管壁厚32mm，是由Q345C钢焊接而成。由于岔管结构复杂、管壁较厚，焊接工艺复杂，在正产装配过程中容易产生严重的残余应力，需要采用合理的工艺消除钢岔管卷焊残余应力。根据工程实际情况，受现场制作工艺条件限制，岔管只能成型后分段吊装、现场组装焊接，因此采用热时效工艺非常困难。所以厂家找到南京聚航科技有限公司，希望我们能够提供好的解决方法。
经多次研究探讨后，决定采用振动时效方法消除钢岔管的焊接残余应力。其原理就是工件在某有特定频率的周期激振力的作用下产生共振现象，振动应力会与工件内部的残余应力叠加，当叠加应力超过屈服极限而产生微小的塑性变形时，构件内残余应力重新分布，并实现降低残余应力、强化金属基体的时效作用。
振动时效工艺方案
钢岔管振动时效在水电站安装工地引水隧洞的现场进行。岔管连同椎管、与岔管连接的部分主管及支管的管节，采用“多点连续弹性支撑”，间隔在节点处放置橡胶垫，钢岔管的支撑以平稳为准。结合工程实际情况，对钢岔管进行整体振动时效消除应力试验，采用“单点异频”3次激振的工艺处理方案，在岔管支管内底部分岔处架设“激振器”进行不同激振频率的振动时效工艺处理。钢岔管支撑稳定后，分别把激振器和拾振器固定在合适的位置，调整激振器的偏心位置，对钢岔管进行全程扫频，得到钢岔管的固有频率。
时效工艺参数选择
通过扫频试振，确定激振器固定于分岔点底部内管壁上，拾振点位于岔支管内壁之上；确定激振器偏心号数8-9档；施振频率6672rpm-6872rpm。
振动时效处理
采用振前扫描获取时效工艺参数，分别进行8分钟、8分钟、7分钟的3次振动时效处理。
从3次时效处理的振前、振后振幅频率A-n曲线对比分析可以得出，A-n曲线振后共振峰发生了组合特征的变化，根据GB/T25713-2010标准判定振动时效工艺处理是有效的
岔管焊接残余应力检测
在钢岔管分叉组合焊缝、环缝、纵缝及T字焊缝等处布置13个测点，对岔管振动时效前后焊接残余应力进行测量。焊接应力为平面应力状态，故采用120Ω三轴应变片。首先用显微镜对准三轴应变花后将残余应力装置磁盘固定，仪器调零，然后用直径1.5mm的钻头钻孔，钻孔深3mm，应变仪采集记录。利用公式计算出残余应力主应力。
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测点编号
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时效前焊接应力（MPa）
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时效前焊接应力（MPa）
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消除率（%）
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σ1
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σ2
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σ1
|
σ2
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1
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109.7
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88.9
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62.7
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24.8
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44.0%
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2
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105.2
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50.7
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63.4
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-31.0
|
39.7%
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3
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21.6
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12.8
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-11.4
|
-33.0
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正负异向
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4
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141.6
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-25.1
|
69.0
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20.5
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51.1%
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5
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69.2
|
8.6
|
5.4
|
-22.3
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正负异向
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6
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148.1
|
124.0
|
68.0
|
54.1
|
54.1%
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7
|
33.8
|
13.7
|
13.5
|
-30.5
|
正负异向
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8
|
-47.9
|
64.6
|
62.1
|
39.3
|
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9
|
26.8
|
32.5
|
-10.0
|
-30.1
|
|
10
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-87.4
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-60.4
|
51.5
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40.7
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11
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-23.3
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-14.9
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43.8
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6.1
|
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12
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-151.3
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-50.0
|
-93.8
|
-66.4
|
38.1%
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13
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138.9
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99.1
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56.4
|
35.5
|
59.6%
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由上表数据可知
1.金属残余应力状态呈“双向拉应力”分布的区域易发生脆性断裂。经振动时效工艺处理后，岔管焊接残余应力得到充分释放，发生脆性断裂的风险解除。
2.经过振动时效处理后，各测点焊接残余应力消除率均在38%以上，时效后部分测点的主应力基本呈“正负异向”改变，说明焊接部位的分子排列位错显著改善、残余应力得到充分释放，振动时效达到了良好的消应力效果。