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船體分段的振動時效處理過程與效果

船體分段的振動時效處理過程與效果

、課題提出
大連新船重工有限責任公司提出“振動時效技術及應用”的課題,其主要內容包括:振動時效技術的研究與振動時效技術在實際產品上的應用與效果。目的主要有:掌握振動時效技術與實際應用,確定在大平臺工程中采用振動時效技術消除焊接接頭焊接殘余應力的可能性,試驗和掌握振動時效技術,試驗和掌握振動時效技術在實際產品上的應用工藝,試驗和掌握振動時效技術用于實際產品的效果。
受大連新船重工有限責任公司的委托,結合以上內容與目的,我們主要在船體分段上進行了振動時效處理,探討了采用振動時效技術消除船體分段焊縫焊接殘余應力的可行性,并對處理效果進行了測試。

二、船體分段振動時效處理 受大連新船重工有限責任公司的委托,我們對該廠生產的焊接結構件船體分段進行了振動時效(振動消除應力技術)處理,共1件。經過處理焊接殘余應力得到了不同程度的消除,基本上達到要求。

圖1:船體分段現場
1.振動時效工藝參數的選擇
圖2:處理現場布置 

根據船體分段結構的特點,及多次反復試振,確定工藝參數如下:
(1)支承方式:底部四點支承(如圖2所示),由于本次處理受現場條件約束,用建造墩支承。
(2)激振點:如圖2所示激振器安裝在筋板平面上,用卡具卡緊。
(3)拾振位置:底板端部平面處。
4)激振器偏心:用IFSVSR-2001型設備,偏心為“4檔”。
(5)激振頻率:通過掃頻可見在IFSVSR-2001設備最大頻率范圍內有兩個共振峰,在2855轉/分和3195轉/分左右,處理時可由加速度輻值來控制。
(6)處理時間:20~30分鐘。

2.振動處理監測曲線與分析
船體分段在振動處理時給出了監測曲線(見下頁),根據JB/5926.91機械行業標準的規定,監測曲線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[G(T)],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(虛線)峰值升高。
其三,幅頻特性曲線的對比,振后曲線(虛線)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,觀察我們對船體分段處理時獲得的曲線圖,可以看出:
船體分段的曲線圖上時間振幅曲線[G(T)],呈下降型,峰值升高0.2g,峰點的頻率從3195轉/分變到3130轉/分,下降65轉/分,由此可以得出結論,本次處理是有效果的。

船體分段振動時效處理曲線
3.船體分段焊縫殘余應力測試

為了檢測振動時效在消除應力方面的效果,在振動處理前、后,分別在船體分段合攏的焊縫與底板對接焊縫處選擇了10點進行殘余應力的檢測。測點布置見圖3。

圖3:焊縫殘余應力測點布置

殘余應力測試結果見表2。

表1:殘余應力測試數據表 單位:MPa

點號

振前 σ1

振后 σ1

變化率 %

振前 σ2

振后 σ2

變化率 %

振前 θ(度)

振后 θ(度)

1

299.98

236.15

-21.28

173.68

141.88

-18.31

-0.03

0.01

2

325.44

242.36

-25.53

180.53

125.98

-30.22

0.05

0.19

3

316.78

192.49

-39.24

113.59

57.59

-49.30

0.06

0.01

4

261.03

210.83

-19.23

98.26

73.49

-25.20

0.11

-0.03

5

265.79

202.06

-23.98

134.85

88.73

-34.20

0.18

0.09

6

289.27

141.46

-51.10

150.79

123.48

-18.11

-0.20

-0.53

8

131.68

58.43

-55.63

-12.78

43.67

-441.73

0.17

-0.05

9

218.85

188.27

-13.97

64.83

34.67

-46.52

0.01

0.04

10

318.06

175.51

-44.82

195.02

2.84

-98.54

0.20

-0.03

應力水平

269.65

183.06

-32.11

122.09

76.93

-36.99

 

 

(注:第7點測點由于在測量時被損壞,故未測到數據。)
從表1可以看出,振動處理前平行焊縫平均主應力σ1為269.65MPa,而振動處理后主應力σ1為183.06MPa,消除率為32.11%,達到標準要求。垂直焊縫的平均主應力σ2為122.09MPa,而振動處理后的應力σ2為76.93MPa,消除率為36.99%,也達到了國家標準。因此這次振動時效消除焊接殘余應力處理是合格的。另外殘余應力均化效果較好,從表1中數據可明顯見到這一特點。

三、結論與分析
1.從船體分段的曲線圖上時間振幅曲線可以得出結論,本次處理是有效果的。
2.從表1焊縫殘余應力測量結果可以看出,振動處理前振動處理后殘余應力消除率為32.11%,達到標準要求,且應力均化程度較好。因此這次振動時效消除焊接殘余應力處理是合格的。
3.從船體分段的振動時效處理過程與效果來看:
①船體分段的振動時效處理效果不錯,達到了消除焊接殘余應力的目的;
②振動時效技術在船廠實際產品上的應用是完全可行的;
③在大平臺工程中采用振動時效技術消除焊接接頭焊接殘余應力也是可能的。

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