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應力檢測報告

測 試 報 告

馳奧2010)檢測(結構)字第065

項目名稱:紐威48寸全焊接球閥消除焊接

應力振動時效處理及效果檢測報告

委托單位:蘇州紐威閥門股份有限公司

                 濟南馳奧機電設備有限公司

大連理工大學工程力學系

20106

本報告共 14 頁(其中圖  6 幅,表 3  個),附件    

   項目負責人:李明義

項目參加人:李明義  周漢光

報告編寫人:李明義 

審核人:陳金濤

負責人/授權簽字人

報告提出單位:大連理工大學

分室聯系地址:大連理工大學工程力學力學結構

郵編:116023

電話:0531-88350180(辦公室)58761241(分室)

構件振動時效處理報告單

委托單位

蘇州紐威閥門股份有限公司

日期

2010.06.06

構件名稱

全焊接48BWP9球閥門

數量

1件

使用設備

振動消除應力系統

型號

ZNVSR-04

檢測依據

國家機械行業標準JB/T5926-2005

結論與分析

使用VSR-07型振動消除應力設備,第一次時效,擊振力12,轉數6322,第二次時效,擊振力12,轉數6382。

①從表一.閥門通過振動時效在處理過程中其加速度幅值的變化可以看出在第一次時效圖片一)均隨著時間的增加而加速度幅值發生變化0.5-5分鐘加速度幅值變化的很快/6-14分鐘加速度幅值有一定的變化,14分鐘以后加速度幅值變動較小了,30分鐘后加速度幅值趨于穩定了,而在第二次振動時效在處理過程中其加速度幅值的變化相對較小圖片二)可以看出在第一次振動時效完成后殘余應力就趨于穩定了,說明在經過50分鐘時效處理,殘余應力下降和均化穩定,完全符合“標準”中關于振動時效技術效果的要求。

②從表二可以看出,測試數據非常均勻整齊,振動處理前主應力為②從表二可以看出,測試數據非常均勻整齊,振動處理前主應力為385.40MPa,而振動處理后主應力為 206.22 MPa,消除率為 46。,超過標準要求。這次VSR處理是合格的。

結論:本項目所處理的全焊接48BWP6球閥門,其結果完全符合國家機械行業標準JB/T5926-2005之規定。

完成單位:濟南馳奧機電設備有限公司

     大連理工大學工程力學系

201066

紐威48寸全焊接球閥

消除焊接應力的振動時效處理

 

蘇州紐威閥門股份有限公司生產的48BWP6球閥門。根據設計部門的要求,需對閥門進行時效處理,用以消除焊接應力。由于該球閥是將密封材料裝好后在進行外部環焊縫焊接,需焊后進行時效處理。經該公司相關部門研究決定委托大連理工大學采用振動時效進行處理并進行振前、振后殘余應力檢測,經與大連理工大學相關技術人員共同探討,認為方案可行,并于20106月對該球閥實施振動時效處理和殘余應力檢測。

一、振動時效處理對金屬構件的作用

振動時效是對具有殘余應力的金屬構件進行振動處理,使構件在共振頻率下產生振動。其原理是將一個具有偏心重塊的電機系統(稱做激振器)安放在構件上,并將構件用彈性物體支撐,通過控制系統控制變頻電機的轉數輸出動應力產生一定的頻率與被振構件頻率相等時產生共振,經20-50分鐘的振動處理,當這個動應力與構件上各點的殘余應力相疊加后,大于材料的屈服極限,則在該點出現局部的塑性變形,因而應力得到釋放。所以從原理上來說,降低構件內的殘余應力。應力降低的大小與構件內的殘余應力大小有關,應力大則消除應力的效果高,應力小,消除應力的效果也低。

振動時效可以降低應力是顯而易見的,其作用有如下幾方面:

①降低和均化應力,消除應力集中區,防止裂紋。

因為振動過程中殘余應力大的點首先進入屈服,所以高應力點下降的比例大,使應力均化程度高,從而降低應力集中而防止裂紋。

②減少或防止構件變形

構件的變形是由于殘余應力特點造成的,因為殘余應力的分布和量值具有很大的隨機性,分布不均且量值差別太大,所以容易產生變化,即可變性。殘余應力的變化,必然使構件產生變形,因此在使用前或安裝前,通過振動時效使應力降低和均化,必然防止或減少變形。

③提高焊接構件的疲勞壽命,增加使用周期

通過大量的實驗和實踐證明,振動時效可提高焊件的疲勞壽命50%以上,提高使用壽命0.5~1倍。

由于振動時效的上述作用,使該項技術得到廠礦企業和國家的重視和認可,1991年制定了國家行業標準JB/T5928.91,并在1993年被國家科委批準為“國家級科技成果重點推廣計劃”項目,在全國普及推廣。在冶金行業,本鋼和鞍鋼在轉爐殼體和托圈上應用最早,第一次振動時效處理的殼體至今還在應用,為企業節省大量資金?梢哉f,實踐證明振動時效在冶金構件上的應用,優于原先采用的噴油熱時效。

二、紐威48寸全焊接球閥振動時效處理

紐威48寸全焊接球閥是在地面平臺上焊接好的,但由于密封材料已填裝好的,采用別的時效方法會對密封材料性能產生影響,用振動時效是最佳的選擇,根據球閥的幾何形狀和現場環境的情況,決定采用手動振動時效加之記錄加速度幅值變化的方法來處理。

1、48寸全焊接球閥基本參數

48寸全焊接球閥主要為80-120mm厚板焊接構成,(參考附圖、附施工現場圖片一)

2、振動時效工藝參數的選擇

消除應力設備:設備選用ZNVSR-04型振動消除應力設備;

    3.支承方式:48寸全焊接球閥水平放置,沿閥門兩側順長用兩根30×30×300cm的方木平放支承,兩方木的平行距離為90cm四周懸空。

4.激振點:根據48寸全焊接球閥的結構形式,選球閥接口外側頂部為第一激振點,激振器安裝接口外部邊緣,安裝點上下用兩塊400×150×(10-40)弧形鋼板保護閥門安裝面,保護板與閥體接觸部用0.2mm銅皮隔離保護閥體接觸面,用卡具卡住。同樣辦法在另一接口處外側激振器安裝接口外部邊緣,用卡具卡住為第二激振點。(見附圖片一、二、三)

5.拾振位置:拾振器安裝在激振器側接口處的底部(見附照片)。

6.激振器偏心:數碼振動時效VSR-04型設備,偏心為“12檔”。

7.激振頻率:通過掃頻由觀測數據選擇共振峰,處理時可由加速度輻值來控制。

8.每激振點處理時間: 50分鐘。

三、振動處理監測數據與分析

2個激振點在振動處理時分別給出了2組振動處理監測數據(見表一)。

表一: 處理參數記錄表

 

一次時效

激振器轉數

   轉/6322

加速度指數

3.6

4.3

4.7

5.1

5.4

5.7

6.0

6.3

6.6

6.8

處理時間

0

0.5

1

1.5

2

3

4

5

6

7

激振器轉數

加速度指數

7.1

7.3

7.5

7.6

7.8

7.8

8.0

8.1

8.1

8.2

處理時間

8

9

10

12

14

15

18

25

26

50

二次時效

激振器轉數

6382

加速度指數

6.2

6.6

6.7

6.8

7.0

7.0

7.1

7.3

7.2

7.3

處理時間

0

1

1.5

2

2.5

3

4

5

6

7

激振器轉數

加速度指數

7.4

7.3

7.4

7.3

7.5

7.5

7.4

7.6

7.6

7.5

處理時間

8

9

10

12

14

20

25

30

40

50

                           表一

每一激振點振動處理記錄數據顯示,所對應拾振器所顯激振力均達到4G以上,針對100mm閥門構件,所傳遞的激振力均達4G以上,說明共振效果良好,振動成功。

從振動處理監測跟蹤數據(見附表一)分析,根據JB/T5926-2005機械行業標準的規定,監測數據中出現下述三種情況之一,即認為振動處理達到了效果;

其一,時間振幅曲線數據[GT],隨著時間在發生變化,即上升型、下降型均可(可由曲線指示或數字顯示讀數均可)。

其二,幅頻特性曲線的對比,振后曲線峰值升高。

其三,幅頻特性曲線的對比,振后曲線峰線左移即頻率下降(可由曲線觀察或上面數字顯示看出)。

根據上述有關規定,觀察我們對48寸全焊接球閥振動時效處理時獲得的2組頻率和振幅的變化數據,可以看出:

48寸全焊接球閥兩個激振點的振幅隨著振動時間的延長,振幅均呈上升型。

四、結論與分析:

1、振動曲線分析

根據48寸全焊接球閥處理數據均符合國家機械行業標準JB/T5926-2005中的有關規定,因此可以認為48寸全焊接球閥消除焊接應力達到了要求。

2、結論:

紐威48寸全焊接球閥采用振動時效工藝在消除應力上是合格的,達到了國家標準。

圖片一  紐威閥門振動處理現場

圖片二  紐威閥門振動處理現場

圖片三  紐威閥門振動處理現場

五、48寸全焊接球閥振動時效前后殘余應力檢測

為了檢測振動時效在消除應力方面的效果,我們采用盲孔法對球閥進行振動時效前、后的殘余應力檢測,在振動處理前,分別選擇在兩條焊縫附近均勻選出12點(如圖片四),每點貼兩片應變片分別用做振前、振后的殘余應力檢測。經振動時效前、后各12個點的檢測,得出殘余應力測試結果數據見表二。

圖片四  殘余應力測試現場圖片

2:  殘余應力測試數據表   單位:MPa 

 材料物理參數:

       E:0.21GPa

       u:0.3

測試工藝參數:

   孔徑a:1.0mm

      r1:2.0mm

      r2:4.0mm

測量數據:

************************************

  1: -376 -283 -113 -196 -137  -73

  2: -349 -264 -192 -201 -162  -97

  3: -383 -296 -160 -184 -172  -84

  4: -310 -267 -251 -193 -142 -110

  5: -311 -268 -212 -179 -171  -82

  6: -342 -217 -194 -198 -142  -99

  7: -363 -203 -144 -184 -162  -87

  8: -309 -262 -200 -165 -146  -94

  9: -375 -215 -143 -201 -101  -81

  10: -336 -271 -204 -190 -181  -96

  11: -351 -307 -208 -182 -163  -82

  12: -368 -262 -174 -179 -172  -67

************************************

計算結果:

-------------------------------------------------------------------

             σ1(MPa)                σ2(MPa)              θ(度)

 測點 ----------------------   ---------------------  -------------

        振前   振后  消除率%    振前   振后  消除率%   振前   振后

-------------------------------------------------------------------

   1:  383.06  203.95   46.8   248.88  143.68   42.3   -8.16  -1.16

   2:  388.14  218.80   43.6   311.00  166.31   46.5    2.37  -7.02

   3:  406.76  203.92   49.9   294.97  142.42   51.7   -6.20 -18.62

   4:  378.38  216.63   42.7   346.61  174.94   49.5   12.30   6.45

   5:  362.38  199.58   44.9   313.49  137.71   56.1   -3.74 -19.93

   6:  390.34  216.35   44.6   302.34  167.46   44.6   17.29   3.74

   7:  386.64  202.17   47.7   268.56  148.05   44.9   12.38 -14.33

   8:  355.83  186.52   47.6   301.96  148.19   50.9   -3.92 -12.46

   9:  395.45  217.52   45.0   273.96  146.91   46.4   10.39  16.85

  10:  381.24  214.39   43.8   316.60  155.21   51.0   -0.43 -19.48

  11:  398.71  199.39   50.0   323.69  141.78   56.2  -10.52 -15.90

  12:  397.91  195.39   50.9   302.52  122.52   59.5    2.65 -20.59

-------------------------------------------------------------------

平均:  385.40  206.22   46.5   300.38  149.60   50.2     /     /

-------------------------------------------------------------------

結論與分析

使用vsr-07型振動消除應力設備,第一次時效,擊振力12,轉數6322第二次時效,擊振力12,轉數6382

①從表一.閥門通過振動時效在處理過程中其加速度幅值的變化可以看出在第一次時效圖片一)均隨著時間的增加而加速度幅值發生變化0.5-5分鐘加速度幅值變化的很快/5-14分鐘加速度幅值有一定的變化,14分鐘以后加速度幅值變動較小了,30分鐘后加速度幅值趨于穩定了,而在第二次振動時效在處理過程中其加速度幅值的變化相對較小圖片二)可以看出在第一次振動時效完成后殘余應力就趨于穩定了,說明在經過50分鐘時效處理,殘余應力下降和均化穩定,完全符合“標準”中關于振動時效技術效果的要求。

②從表二可以看出,測試數據非常均勻整齊,振動處理前主應力為385.40.MPa,而振動處理后主應力為 206.22 MPa,消除率為 46.5 ,超過標準要求。這次VSR處理是合格的。

參考文獻

一、大連理工大學,金屬的殘余應力與振動處理技術

二、(美國專利4,968,359號及應用)改進焊接質量——Meta-lax焊接調節

三、中華人民共和國機械行業標準“振動時效效果評定方法”JB/T5926-2005)

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