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水轮发电机组转轮室振动时效与热时效对比试验

分类:消除残余应力    关键词:振动时效

水轮发电机组中金属结构件大多为环状或半环状的结构,且其形位尺寸及尺寸精度要求高。转轮室是水轮机的重要结构之一,形式为环状,由Q235A与SI35两种材质组焊而成。

传统的去应力方法是采用热时效工艺,但因转轮室材质属于异种钢焊件,若采用热时效,会因两种材质线膨胀系数不同而再生热应力,割撑后需进一步火焰矫正尺寸,这样不仅影响产品质量,而且增加制作成品和延长制作工期。

所以决定采用新工艺振动时效去应力,为证明振动时效工艺对转轮室的适用性,将分辨制作的两个半圆转轮室A与B进行如下对比试验:时效前测A与B的焊接残余应力;A件热时效、B件振动时效;测时效后A与B的残余应力;测量去掉焊接工艺支撑后A与B的尺寸变化量。

试验操作步骤

时效前工件应力测试

采用盲孔法对试验前的工件进行残余应力测量

A、B件进行时效

A件测应力后送去热时效

B件测应力后进行振动时效

选用JH-700智能频谱交流振动时效设备,将工件用橡胶垫三点自由支撑,激振器卡在半圆筒SI35侧法兰端角部,因装卡不方便,电机轴与半圆筒轴垂直、与半圆筒直径平行,激振器偏心调为60°,利用振动时效设备的手动功能做振前扫频,并在线打印出扫频曲线及相关数据,结果显示工件在工作范围内有三个峰值,因工件较大,利用遥控操作激发并识别三个峰值分别对应的振型,发现半圆筒体B在第三个阶峰6400r/min左右为周向高阶弯曲,根据时效机理,残余应力须与动应力叠加才能得到降低,根据力学知识可知,该阶振型正好可将动应力叠加到多数影响并控制尺寸的关键焊缝上,所以该振型所对应的峰值是有效峰值之一。综上所述,加速度振频最终选在6447r/min处进行时效,14min后加速度值上升变平,满足JB/T5926.2-91中4.1.2a,因此可以判定该工件已达到时效目的。为进一步验证该工件时效效果,又进行振后扫频,同时在线打印结果,发现被时效峰前移升高,满足JB/T5926.2-91中4.1.2c,证明确实已达到时效效果。时效完毕。

时效后残余应力检测

A、B件做时效后应力测试,热试效后应力降低并大多数变为压应力,振动时效后应力大幅度降低,部分变为压应力,应力幅值明显均化。

去掉焊接工艺支撑后尺寸变化量测量

时效后,把A、B两个半圆筒的焊接工艺支撑去掉,沿半圆筒轴向测量半圆筒直径变化,结果如下:A件(热时效)直径变化为+10~+28mm,与往常该工件变化数据相近;B件(振动时效)直径变化只有-4~+5mm,A件需要进一步实施火焰矫正方向可满足尺寸要求,B件可直接转入下到工序。

结论

1. 在科学地选择有效振型,对工件关键部位施加上合适动应力后,振动时效能有效降低和均化残余应力值、能极好的稳定焊接件特别是异种钢焊接后的尺寸稳定性。

2. 振动时效比热时效更节能、省时、效益显著。


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