岔管时效处理方案-振动时效
振动消应技术在瓦屋山水电站压力钢岔管消应处理中的应用
定方法 》 对 消应效 果进 行定 性 和 定量 评 价 ， ， 平均 消除率不 低 于 ３ ％ ， ０ 消应 效果 满 足标 准规 定 的要
求。
在分岔 管处为 ３４ ７ ｍ水 头 。钢管 下 平段 以上材 料 设 计采 用 Ｑ ４ Ｃ 下 平 段 及 岔 管 材 料 设 计 采 用 ３５ ，
马鞍形支架有两个支撑点 ， 位于管节横截面时钟
位置 的 ５点 和 ７点 附近 。在 设计 马 鞍形 支 架 时 ，
还 应把 水的重量 、 闷头重量 考虑在 内 ， 支撑 梁与 岔
管 接触 点放置厚 橡胶 隔离 。三个 马鞍形支 架位 置
见图 １ 示。 所
流值等参数 。根据选用的主振频率大小 ， 决定扫
图 １ 岔 管支 撑 方 式 示 意
方法》 进行时效效果初步评定。
ＷＤ ６ ０ 钢板 厚度 ６ ｍ 月 牙 肋 材 料 设 计 采 用 Ｂ２ ， ０ ｍ， １ Ｍｎ 钢板厚 度 １０ ｍ。压 力 钢 管 全 部在 工地 ６ Ｒ， ６ｒ ａ
现场制造 。
（ ） 岔 管 振 动 时 效 前 后无 损 检 测 ， 据 设 ２钢 依 计 要求 和标 准规定在 钢岔 管制作单位 自检 合格 的 基 础上进 行 复检 ， 重点 部 位进 行 消应 处 理 前后 对
焊后振 动时效 消应工作 。
２ 岔管体形设计及主要技术要求
瓦屋山水电站压力引水管道岔管主管直径为
５ ８ 主支 管进 ¨直 径 为 ３８ 支 管 出 口直径 为 ．ｍ， ． ｍ， ３ ８ 分岔 角为 ６ 。 ．ｍ， ５ 。岔管体 形尺 寸见表 ｌ 。
基于振动时效的岔管焊接应力消除技术应用
基于振动时效的岔管焊接应力消除技术应用
王梓任;乔桂鑫;陈乐
【期刊名称】《中国水能及电气化》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】钢岔管大型构件焊接会产生较大的残余应力,从而影响钢构件的使用寿命。
文章以南水北调大兴支线工程钢岔管为试验构件,采用VSR-80型多功能便携式振
动消应系统对岔管进行了振动时效处理。
结果表明,该技术操作简便,具有节能高效、环保便捷的特点,岔管振动时效处理后残余应力平均降低率达35.7%。
该技术为水
利工程中大型钢结构焊接残余应力消除提供了重要的技术指导,有助于提高工程结
构的安全性和可靠性。
【总页数】5页(P21-25)
【作者】王梓任;乔桂鑫;陈乐
【作者单位】北京金河水务建设集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV547.6
【相关文献】
1.振动时效工艺在会兰庞雅水电站消除钢岔管焊接残余应力中的应用
2.三里坪水电站钢岔管振动时效消除焊接残余应力工艺
3.钢岔管振动时效消除焊接残余应力技
术4.华安水电站扩建工程钢岔管焊接应力监测及振动时效消除焊接应力探讨
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震动时效
（1），振后尺寸测试
（2），加工后尺寸测试
（3），长期放置，定期进行尺寸测试。
（4），在动载情况下测试
所有测试结果应当满足要求
3,残余应力检测法
A:推荐使用盲孔松弛法，也可以使用X射线衍射法或在条件许可时使用磁性法。
采用盲孔法测试时，测试点处材料厚度应大于钻孔直径的四倍。
7噪声过大也是难以推广的主要原因。
振动时效的应用范围
根据振动时效JB/T5926-2005标准，适用于：炭素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、钛及其合金）等材质的铸件、锻件、焊接件、模具、机械加工件。
振动时效取代热时效所必须的条件
1 不管工件固有频率多高，刚性多强，所有工件必须能够振动起来；
用振前残余应力平均值、振后残余应力平均值来计算应力消除率，降低率应大于30％。
用振前和振后的最大与最小应力差衡量应力的均化程度，振动后的计算值应小于振动前的计算值。最大及最小应力一般应以焊缝的主应力或纵向应力为准。
传统振动时效设备在应用中的问题有那些？
1振动时效必须是受过专业培训的人员操作，一般的工人即使受过培训也很难掌握这项技术；
a-t曲线上升后下降，最终变平；
a-n曲线振后共振发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、右移）；
a-n曲线振后变的简洁而平滑；
a-n曲线振后出现低幅振峰增值现象。
2、尺寸精度稳定性测试：以尺寸精度为目的而进行振动时效处理的焊接构件，振动后应进行尺寸测试。尺寸测试具体方法如下：
2 为了达到或超过热时效的效果，的因素，保证处理效果稳定，才能纳入正式工艺；
4噪音要小，在生产车间能够就地处理
钢岔管振动时效消除焊接残余应力技术
激振 器 刚性连接在构件 上 ， 产 生激振 力 ， 带动 构件 产 生
振动的设备 。
Ａ位 置 ： 一 阶共 振 加 速 度 峰 值 已从 振 前 ５ ４ ． ７ ｍ ／ ｓ 升 高 到 振后 ６ ７ ． ０ ｍ ／ ｓ ； 一 阶 共 振 频 率 由振 前 ６ ８ ８ ５ ｒ ｐ ｍ 左 移 至
（ 高） ， 岔 管最 大设 计 水 头 ４ ２ １ ｍ（ 不含水锤水头 ） 。岔 管 焊 接 后
焊缝处 的焊接残余应 力大 、 焊接 残余应 力复 杂 ， 而焊接 残余应 力是造成焊缝变形 、 降低焊缝疲劳寿命及焊缝冷裂 纹产生 的主
要 因素 。
１ ． ２ 振 动 时 效 消 应 方 法 介 绍
１ 研 究 背 景 １ ． １ 木 星 土 水 电站 岔 管 概 况
木 星土水 电站钢 岔管材料选用 Ｒ ｍＩ ＞６ ０ ０ Ｎ ／ ｍ ｍ 级容器用
高 强 钢 ＷＤ Ｂ ６ ２ ０ ， 岔管板 厚 为 ５ ０ ｍ ｍ， 月牙 肋板 厚 为 １ ０ ０ ｍｍ。
岔管 的最大 外 形 尺 寸 为 ４ ． ６ ｍ（ 长 ）×５ ． ２ ｍ（ 宽 ）×３ ． ７ ｒ ｎ
振动时效消 除焊接残 余应 力的方 法是 指通过 振动 源对岔 管施加周期性的作用力 ， 在振 动过程中施加 到岔管各部 分的动 应力与岔管 内部残余应力叠加 ， 当叠加幅值大于金属 构件的屈 服极限时 ， 焊缝 的点晶格 发生滑移 ， 产生微小 的塑性变形 ， 焊缝
宏 观内应力随之松弛 ， 使焊接 残余应 力 的峰值下 降 ， 释放 和均
表１ 振 动 时 效 系 统 各 组 件 作 用
名 称 作 用
从 振 动 时效 工 艺 处 理 记 录 表 分 析 可 知 ： １ ） 第一次时效处理的振前 、 振 后 Ａ—ｎ曲 线对 比分 析 可 以
振动时效及几种消除应力方法简介
振动时效介绍【1 】一.振动时效简介振动时效处理是工程材料经常应用的一种清除其内部残存内应力的办法,是经由过程振动,使工件内部残存的内应力和附加的振动应力的矢量和达到超出材料屈从强度的时刻,使材料产生微量的塑性变形,从而使材料内部的内应力得以松懈和减轻.振动时效的本质是经由过程振动的情势给工件施加一个动应力,当动应力与工件本身的残存应力叠加后,达到或超出材料的微不雅屈从极限时,工件就会产生微不雅或宏不雅的局部.整体的弹性塑性变形,同时下降并均化工件内部的残存应力,最终达到防止工件变形与开裂,稳固工件尺寸与几何精度的目标.它是将一个具有偏幸重块的电机体系（称做激振器）安顿在构件上,并将构件用橡皮垫等弹性物体支承,经由过程掌握器起动电机并调节其转速,使构件处于共振状况.约经20~30分钟的振动处理即可达到调剂残存应力的目标,一般累计振动时光不该超出40分钟.因为部分用户对振动时效的机理不甚懂得,盲目应用一些简略单纯的（所谓“全主动振动时效”）振动时效装备对产品进行时效.这种完整不针对工件共性.仅按照振动时效装备临盆者预置的参数,对各类工件均采取一种或几种工艺参数进行时效的办法,会导致被时效工件消失下列几种情形：1.假时效：工件未产生共振或振幅很小或者固然振幅较大,但工件整体做刚体振动或摆动,“全主动振动时效装备”也能按照预置的程序打印或输出各类时效参数.曲线,误导操纵者和工艺员断定,如许工件基本没有达到时效的后果;2.误时效：工件固然产生共振,但是产生的振型与工件所须要的振型不一致,动应力没有加到工件需去应力的部位,如许不克不及使工件达到预期的时效目标,影响时效的后果;3.过时效：因为不针对工件共性采取合理的时效参数,完整照盲目预置的参数,对工件进行时效,可能会因为共振过于强烈或振幅过大,导致工件内部的缺点（裂纹.夹渣.气孔.缩松等）持续扩展.扯破,甚至报废的轻微后果.二.几种去应力办法简略比较：1.热时效,经由过程加热炉进行处理,不但消费大量的能源.占用处地和较大的装备资金投入,并且清除残存应力的后果也因炉况的不合有很大的差别,其对残存应力的清除率一般在40～80%之间;2.振动时效固然应用便利,但其应力清除率一般在30～50%.应用时将工件放置到胶皮垫上或以木块垫起工件,使工件悬空,然后将激振电机安顿并固定到工件上,调剂电机激振频率与工件自身频率一致,产生共振,一般1小时以内可完成去应力处理;3.豪克能清除应力是最完整清除焊策应力的办法,它不但使残存应力的清除率达到80～100%,并且还能产生幻想的压应力,这对焊接构件的抗疲惫机能和抗应力腐化机能也大有益处.但毫克能处理是应用冲击枪瞄准焊缝,沿焊缝扫一遍,对于车架等焊缝较多的构件来说处理起来较麻烦,时光较长,劳动强度较大.。
时效振动
振动时效工艺振动时效工艺的制作分以下几个部分：（1）分析工件可能出现的振型,找出合理地支撑位置,激振器装卡位置.（2）动应力的测试.（3）振动时效设备的使用.（4）残余应力和动应力测试.（1）分析:根据振动时效工件可能出现的振型，合理地支撑工件及装卡激振器的位置.（一）.梁型件（如图50）多以弯振型较多,支撑一般应用4点距一端2/9和7/9处.激振器一般装卡在中间波峰附近,加速度计安装在一端的波峰附近.（二）.板型件（如图51）一般采用3点（互成120度）或4点（对角）支撑再边缘处,激振器一般装卡在两橡胶垫中间边缘波峰附近,加速度计安装在一侧两橡胶垫中间边缘的波峰附近.（三）.圆板型件（如图52）一般采用3点（互成120度）或4点（对角）支撑再边缘处,激振器一般装卡在两橡胶垫中间边缘波峰附近,加速度计安装在一侧两橡胶垫中间边缘的波峰附近.（四）.方箱型件（如图53）一般采用3点支撑再较长的边缘处,激振器一般装卡在上边钢性较大的边缘波峰附近,加速度计安装在边缘的波峰附近.上述只是简要的介绍一般常规工件的支撑与激振器的装卡位置，具体情况还需要反复试验（利用手动工作模式）来找出合适的振动时效工艺参数.（2）动应力的测试.测试动应力所用的仪器设备: 1）动态电阻应变仪（如图54），2）测试方法 1.贴片，沿波峰--波节--波峰的振型方向依次贴6--10片.2.计算：可用虎克定律计算动应力值.（3）振动时效设备的使用：（一）准备工作：1.振动时效处理前要准备好做弹性支撑的橡胶垫（或用旧轮胎代替）。
被振工件与激振器连接用的专用卡具。
2.将被振工件水平放置在橡胶垫上。
一般情况下，要根据工件的几何形状合理地选择好支撑点? 支撑点应选择在波节处（工件在自由振动时振幅最小处）。
3.激振器的安装：将激振器安装在被振工件的被振工件的波峰处（工件在自由振动时振幅最大处）。
激振器底座与工件应刚性连接，接触面要良好。
并用专用卡具卡紧，然后将偏心调到1档。
振动时效工艺参数及设定
振动时效工艺参数及设定振动时效工艺内容和工艺参数制定原则及常用的几种振型振动时效工艺内容1，频率2，振动强度（激振力）3，处理时间4，支撑点、激振点、拾振点选择振动时效工艺参数选择原则及方法公式：δ动＋δ残≥δS公式中：δ动－施加于工件的动应力δ残－工件自身存在的残余应力δS－材料的屈服极限1、频率的选择原则及方法激振频率的选择要与降低噪声相结合，尽量减少噪声对环境的污染。
残余应力集中度高，应选择大动应力，低频率振动处理。
解决弯曲变形后被校直校平的工件，必须进行多阶弯曲振动，以使应力均匀地得到释放此时选择高频率。
选择方法：根据GB/T25712-2010的机械行业标准3。
5。
1款在亚共振区内选择共振峰，峰值的1/3-2/3的对应的频率为主振频率。
激振频率的选择应注意的几点问题：工件的固有频率随构件尺寸，重量加大而降低，随材料的结构刚性加大而升高。
构件的固有频率与形状、结构有关。
构件的内部阻尼系数很小，没有明显的弹性阶段，共振带很窄，所以频率变化在±0.1HZ 振幅就会有很大的变化，所以铸造件的振动时效固有参数制定要精确。
当频率升高，电流也随之升高，可能会产生强迫振动。
强迫振动对振动时效设备和被处理的工件都有害。
由于强迫振动并非共振条件下的振动因而起不到消除或均化残余应力的作用，应尽量避免2、激振力的选择激振力是激振设备产生的周期性外力，在垂直方向对工件的作用力。
激振力选择标准（1）&动＝（1/3—2/3）&工作。
按TB/T5926—91标准第3.52款，主振时装置的偏心档位应是工件的动应力峰值达到工作应力1/3—2/3，并使装置的输出功率不超过额定功率的80% 。
因为只有在工作应力的1/3—2/3处工件才不会受到损伤，同时也能提高疲劳寿命。
若&动=&工作构件不但受到损伤，而且疲劳寿命下降。
（2）动应力是使构件残余应力消除的必要条件。
在亚共振频率下，振动具有放大动应力的作用，达到加速残余应力消除的目的，为了在时效中，对构件不造成损伤，根据经验动应力可适当控制在：铸铁件±25--±40N/m㎡铸铁淬火导轨件±15N/m㎡铸刚件±35--±50N/ m㎡焊接件±50--±80N/ m㎡也可根据动态电阻应变仪测定，用公式计算。
大型贴边岔管的安装
如 图 ３所示 。
毒抽 艚 扎 壤警 ｝ 也 轨 ☆ 皤糟 ＿ 滑挑擗带矗
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老 ｌ 机 帆 者
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窄管吊骢 盘 、
再 将 支 管 管 节 （ ８节 ７ 节 ６ 依 次 运 至 １号 节 、 、 ）
支洞。
再依次运输岔管主管管节（ １节 ２节 ３节 ４。 节 、 、 、 ） 岔管主管拼装完后再进行岔管支管拼装 ，最后
４ ２
水
电 站 机
电 技
术
第３ ５卷
在 岔管 振动 时效 去应 力后 进行 支管 凑合 节 的安装 和
大型贴边岔管 的安装
楼 高峰
（ 中国水利水电第 十二工程局有限公司机电安装分局 ， 浙江 丽水 ３ ３ ０ ） ２ ０ ０
摘 要： 介绍岔管安装 的主要过程， 该岔管在焊接完成后进行 了振动时效去应力处理。
关键词 ： 贴边岔管 ；ＷＢ ２ Ｃ Ｄ ６０ ；振 动时效
中 图分 类 号 ：３ ． １ ７ ２４ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ２ ５ ８ （０ ２ ０ — ０ ０ ０ １７ — ３ ７ ２ １ ）２ ０ ４ — ４
６２岔管 安装 顺序 ．
岔管安装前 ， 岔管下游钢管 已安装 ， 号支洞岔 １ 管与下游直管间留一节凑合节 。 先把岔管凑合节瓦片和岔管加强板运至 １ 号支
洞， 临抛 。
运至交通洞与钢管主洞交叉 口，将钢管卸车于台车 上， 用卷扬机拖运到位 ， 在安装位置进行钢管环缝的 焊接 ， 加强板分成若干瓦片临抛在钢管旁边 ， 在主管 和支管焊接完成后焊接加强板 。 按 一般 设计 要 求 ，岔管 焊 接或 安装 后需 做 焊 后 消除应力处理 ， 本工程压力钢管体形庞大 ， 洞内无法 进行整体热处理 ， 比较多种去应力方法 ， 决定采用振
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风机塔筒法兰时效处理方案
综述：风机塔筒法兰为风电工程的常见部件，属于典型的圆环形焊接结构件，焊后必须进行时效处理，降低风机塔筒法兰的焊接应力，避免因为残余应力的缓慢释放造成的开焊、变形或者应力腐蚀而造成裂纹，以保证风电设备长期稳定可靠的工作。
1、时效方案分析：
传统的时效方法有：热时效、振动时效、自然时效等。
自然时效(NSR)由于周期太长，较难满足工期要求所以不做推荐；热时效对于此类大型工件，很难保证炉温均匀，炉温很难控制所以也难以保证效果；振动时效（VSR）又称振动消除应力法，是将工件（包括铸件、锻件、焊接构件等）在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内的残余应力，使尺寸精度获得稳定的一种方法。
这种工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。
近年来在国内外都得到迅速发展和广泛应用。
振动时效工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。
与热时效相比，它无需宠大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。
因此，目前对长达几米至几十米和桥梁、船舶、风电、化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件或加工精度要求较高的工件，较多地采用了振动时效。
生产周期短；自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成，而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成。
使用方便；振动设备体积小、重量轻、便于携带。
由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携带至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强。
振动时效操作简便，可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷；并且在风机生产过程中是目前唯一能进行二次时效的方法。
基于以上原因，我们推荐使用振动时效工艺，并曾成功应用于类似风机的时效处理。
下附：
质检中心钢岔管振动时效项目取得成功
作者：水利部水工金属结构质量检验测试中心
水利部水工金属结构质量检验测试中心受新疆伊犁科流域开发建设管理局委托，对新疆恰甫其海水利枢纽工程1#、2#钢岔管进行了振动时效和无损检测工作。
恰甫其海工程1#、2#钢岔管采用日本IFE钢铁公司生产的HT690M钢，“卜”型结构，管壁厚度34mm，设计水头120m，主管直径9.5m，岔管公切球直径11m。
月牙肋采用HT690M—Z35抗撕裂钢，厚度60mm。
经过振动时效，钢岔管消应效果满足JB/T5926-1998《振动时效工艺参数选择及技术要求》和JB/T10375-2002《焊接件振动时效工艺参数选择及技术要求》的规定，并经过磁弹法应力测试，表明钢岔管的残余峰值应力消除率超过30%以上。
振动时效前后进行了超声、磁粉、射线无损检测和应力测试，振动时效后钢岔管没有任何缺陷扩展。
恰甫其海水利枢纽工程1#、2#钢岔管振动时效通过了由建设单位组织的验收，参加验收的工程监理单位、施工单位、设计单位和质量监督站的代表一致认为，恰甫其海水利枢纽工程采用振动时效的方案是成功的，消应效果是良好的，这是我国水利行业首次在高水头、高强度钢、大体形岔管上采用振动时效消应工艺,应当认真总结工程经验，推广应用到我国其它水利工程。
2 、振动时效工艺方案
2.1振动分析
岔管属于“O”形结构,为了让工件产生较大振幅，并尽可能使整个工件焊缝在共振过程中产生较大的动应力，基于工件的“O”形结构，我们推荐使用三点支撑，并将激振器放置在远离支点的波峰处,并使偏心轮的旋转面垂直于支点的平面,从而使工件上下二个面作呈剪切+弯曲的复合振型，这种振型对垂直面上的焊缝以及上下平面与各垂直面的角焊缝都能产生较大的动应力,加速度传感器放在边长较大的一边,以获得较高的振动信号。
2.2 固定支点状况下的多点振动
由于工件重量很大,单件重量达58 吨，要在支点处垫入弹性橡胶垫块，为了使工件各处能够获得足够大的动应力,采用了固定支撑多点施振的方案.该方案激振器的安装位置采用"垂直平分线法",即以三个支点中心为顶点作一个三角形,三角形三条边的垂直平分线与边缘线的交点位置即是激振器的固定区域这种振动模型振动阻力小,易于获得振幅较大的共振.为了取得最佳的振动效果,可对每个工件设3~4个激振点进行振动.按工件结构形式,重量,残余应力的大小和分布不同,每个激振点的振动时间为10~20min。
2.3 多频振动
在同一种激振状态下(支点和激点都不改变位置),可以采用不同的频率进行振动.若激振器功率大,还可以采用强迫振动.这种方案由于振动波长改变后动应力的峰值区域也发生变化,所以每改变一次频率都应改变加速度传感器的位置.
振动时效效果评定：
关于振动时效后的效果评定方法，在标准JB/T5926-2005里面有详细的说明，标准规定了最基本的三种检测方法：参数曲线观测法、实测法、尺寸精度稳定性检测法。
参数曲线观测法在工程施工过程中最为简便有效，所以在此我们推荐使用参数曲线观测法；现把标准摘录如下：
参数曲线观测法
可根据振动时效过程中实时打印的a—t曲线的变化及a—n曲线振动前后的变化评估振动时效的实际效果。
出现下列情况之一时，即可判定振动时效有效：
—a—t 曲线上升后变平；
—a—t 曲线上升后下降，最终变平；
—a—n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、右移）；
—a—n曲线振后变得简洁而平滑；
—a—n曲线振后出现低幅振峰增值现象。