水电站引水钢岔管振动时效工艺应用

某水电站设计库容1.5亿m³，正常蓄水位1305m，总装机容量100MW，年平均发电量3.50亿KW.H。该工程由沥青混凝土心墙坝、表孔溢洪洞、导流兼泄洪洞、发电引水洞、地面厂房等建筑物组成。引水系统钢岔管共3台，在安装现场采用振动时效工艺消除残余应力，采用盲孔法对振动时效前后岔管的焊接残余应力进行测试，定量判断振动时效效果。

设备采用JH-700A交流振动时效设备，采用高速变频伺服电机，激振力大、寿命长、时效效果好。激振电机的额定功率为2.2KW，转速为1000-10000r/min。激振器通过夹具固定在工件上，拾振器通过磁铁吸住工件。

振动时效准备

在钢岔管主管上离两端各一段距离的部位设置马鞍形支座。在对岔管时效处理前，必须用橡胶垫与钢支撑隔开，以防止振动能量传入地面或洞壁。

振动时效过程

一般情况下，做振动时效处理时，首先通过时效系统扫描出的数个共振点。选出一个共振频率作为主振频率，另选1、2个共振频率作为附振频率进行时效处理。时效处理的振动频率选在共振频率前加速度约为共振点加速度的1/3-2/3处，振动时间为20min左右。振动过程中，注意观察主要部位的振动情况，如果有些主要部位未能充分时效，则更换激振器的安装部位，重新扫描，根据扫描出的共振点进行时效处理。

对引水钢岔管而言，如果既有弯曲振动，又有扭曲振动，时效处理的效果会更好一些。所以振动时效处理时必须考虑振型。这就要求试振，找出产生弯曲振动和扭曲振动的共振频率来。然后，分别进行振动时效处理。以1号钢岔管为例，其振动时效的主要参数为：扫频时电机偏心角为30°时，第一、二、三、四共振频率分别为82.2、90.8、102.5、122.7HZ，加速度分别为5.1g，8.6g，5.6g，2.2g；主振频率为81.7Hz，加速度7.6-11.5g；附振1频率为90HZ，加速度8.3g-14.7g，附振2频率为100HZ，加速度为2.6g-5.5g。

钢岔管振动时效效果判定

目前振动时效判定方法有两种，一类是定量测试，如：盲孔法、磁测法、切割法等。一类是定性测试，如振动参数曲线法、尺寸精度稳定性法等。本文采用残余应力测试方法来定量判定振动时效效果。

本次测试采用盲孔法，仪器采用JHMK残余应力测试系统，由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成。软件进行设置后，自动实时计算残余应力，并实时显示和保存应力应变数值，测量直观明了，精度高。

选择10个典型部位进行应力测试，保证时效处理前后的测试位置尽量一致，同时以满足盲孔法的测试要求为前提。在每个测试部位，原始应力测1个点，时效处理后测1个点。

测试数据分析

测试数据表明，钢岔管内壁焊缝的原始残余应力数值较高，普遍达到或接近材料的屈服强度，并呈典型的双轴拉伸状态。钢岔管外壁焊缝的原始残余应力数值较低。经振动时效处理后，原始应力高的测点消除应力效果比较理想，初始应力较低的测点时效前后应力测试值变化不大。简单统计表明，1号钢岔管平均消除效果达到60%，峰值消除效果达到80%，时效处理效果良好。

通过振动时效处理，水电站引水钢岔管的焊接残余应力峰值明显降低，各部分应力得到均化。振动时效与传统的热时效对比，操作简单方便，适用性强，节省能源和费用。