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振动时效消除应力在支铰钢梁工程中的应用

更新时间:2020/7/30  点击数:246


构件经焊接后,内部会产生残余应力,它**大地影响了构件的尺寸稳定性、刚度、强度、疲劳寿命和机械加工性能,甚至会导致产生裂纹和应力腐蚀。故该工程设计要求支铰钢梁焊后进行消除残余应力处理。

焊后消除残余应力的方法有热处理、自然时效和振动时效。由于该构件不仅单体质量达27吨,而且属于**厚构件,若采用传统的热处理工艺来消除焊接残余应力,升温和保温有着严格的要求,构件的整个时效过程将长达近百小时。除制造成本高、生产周期长等不利因素外,热处理过程中的变形也是必须解决的问题。综合考虑,支铰钢梁焊接残余应力决定采用振动时效消除应力。

采用振动时效技术,其振动方式的选择是项目实施成败的关键。为取得较好的残余应力消除效果,首先采用有限单元法仿真计算**厚组合支铰钢梁中墩、边墩的固有频率和固有振型,然后根据计算结果对钢梁施振。

振动时效方案
根据有限元分析结果选择合理的振动支撑和振型,调整激振力的方向和时间,概括为:
(1)采用三点支撑方式,见图5。各支撑点在距两端长度2/9处进行支撑,激振点位置在钢梁端部选取。由于钢梁是由多条纵横焊缝焊接而成,为了使焊缝区取得较好的时效效果,所以激振力所产生的正弦波应沿着主焊缝的方向,并采取多激振点的弯扭振型进行时效处理。
(2)进行多阶多次振动时效处理,并根据工件固有频率状态和工件的共振状态调整振动时效工艺。

振动时效过程
(1)清理现场,放置弹性橡胶垫,并按振动时效工艺方案安装激振器及加速传感器。
(2)设备自动寻找工件的共振峰,储存振前a-n曲线(a为振动加速度,n为激振器的转速),分析程序并确定激振频率。
(3)振动时效时间设定15-20min,设备自动进行时效处理,储存a-t过程曲线(狋为时间)。
(4)打印a-t曲线以及振前、振后a-n曲线。对照JB/T 5926-2005《振动时效效果评定方法》进行时效定性评判。


振动时效消除应力检测结果及分析
残余应力测试结果见表1,数据处理结果见表2。


由表1和2可知,弧形闸门4号支铰钢梁经振动时效处理后,残余应力σ1 的平均消除率为31.5%,**大消除率为50.5%;σ2 的平均消除率为39.4%,**大消除率为98.4%,符合JB/T5926-2005《振动时效效果评定方法》的要求。

结语
通过有限元分析,提出了采用振动时效方法消除**厚组合钢梁的残余应力,并通过工程实践表明其理论可行、方法合理,可为类似工程提供可行的理论和实际依据。
振动时效处理方法是焊接件消除残余应力的较好方法,一方面能尽快达到以往所采用的热时效处理和自然时效处理所达到的处理效果;另一方面节约了人力、物力和资金,大大缩短了处理时间。

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