振動時效工藝在會蘭龐雅水電站消除鋼岔管焊接殘余應力中的應用

仲秀風

(葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 概述

老撾會蘭龐雅水電工程項目，壓力鋼管的鋼岔管為“Y”分岔結(jié)構(gòu)，采用WDB620鋼焊接制作，岔管壁厚48mm、月牙肋厚100mm，岔管主管直徑2048mm，支管直徑1448mm。岔管水壓試驗的設計靜壓力為4.3MPa。

由于鋼岔管結(jié)構(gòu)復雜、管壁厚，焊接工藝復雜，在制作安裝過程中會產(chǎn)生嚴重的殘余應力。根據(jù)規(guī)范要求，需要采用合理工藝(如振動時效消應工藝)消除鋼岔管的加工殘余應力。

2 振動時效工藝原理

振動時效的實質(zhì)是通過振動的形式給工件施加一個動應力，當動應力與工件本身的殘余應力疊加后，達到或超過材料的微觀屈服極限時，工件就會發(fā)生微觀或宏觀的局部、整體的彈性塑性變形，同時降低并均化工件內(nèi)部的殘余應力，最終達到防止工件變形與開裂，穩(wěn)定工件尺寸與幾何精度的目的。

經(jīng)過振動處理的構(gòu)件，其殘余應力可以被消除、減少、均化，機械性能顯著提高，一次可以提高使用強度和疲勞壽命，降低應力腐蝕。

該方法適用于采用Q235、Q345、Q460、WDB620等具有良好金屬延展性材料制造的各種球形、貼邊式、月牙肋式和卜形、Y形、三岔形等鋼岔管，能有效地消除減少或均化它們的焊接殘余應力。

3 工藝流程及操作要點

3.1 施工(試驗)工藝流程

鋼岔管振動時效消除焊接殘余應力的工藝流程見圖1。

圖1 鋼岔管振動時效消除焊接殘余應力工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 焊縫外觀質(zhì)量檢查

鋼岔管所有焊縫應按表1規(guī)定進行嚴格外觀質(zhì)量檢查。

表1 焊縫外觀質(zhì)量規(guī)定 單位:mm

當外觀檢測懷疑有表面裂紋但難以確定時，采用磁粉探傷方法或表面滲透探傷方法進行探傷檢查。

3.2.2 焊縫內(nèi)部缺陷探傷

焊縫內(nèi)部缺陷無損探傷應在焊接完成48h以后進行。按照DL5017規(guī)范的規(guī)定，本次鋼岔管焊縫應進行100%超聲波探傷(UT)。

超聲波探傷(UT)按GB11345《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果的分級》標準評定，一類焊縫BⅠ級合格，二類焊縫BⅡ級為合格。

磁粉探傷(MT)按JB/T6061－2007《無損檢測焊縫磁粉檢測》;滲透探傷(PT)按JB/T6062－2007《無損檢測焊縫滲透檢測》。

焊縫內(nèi)部或表面發(fā)現(xiàn)有裂紋時，應進行分析，找出原因，制定相應處理措施。在施工方對缺陷縫進行修復后，應用超聲波探傷復查。

裂紋等擴展性缺陷的判別，一般采用射線探傷方法進行復核驗證;當不能采用射線探傷方法復驗檢測時，應采用更精密的儀器和探頭，并由高級別或同級別且經(jīng)驗豐富的探傷人員施加超聲波探傷方法復核驗證檢測。

4 振動時效消應試驗的技術要求

4.1 振動時效工藝試驗

采用岔管懸臂支撐方式振動時效工藝方案(見圖2)，支撐方式為三點支撐，即鋼岔管主管及兩個支管下部均采用枕木支撐。

急救科普工作，因為是急診科醫(yī)護人員自發(fā)組織的，醫(yī)院管理層并不了解。羅杰2008年升任院長一段時間以后，他了解到科普小分隊的存在，鼓勵醫(yī)院上下多多支持。

圖2 岔管懸臂支撐方式振動時效工藝處理及殘余應力測點(布置)方案

時效工藝，采用“單點雙頻”或“雙點雙頻”兩次振動時效(根據(jù)現(xiàn)場振動時效效果確定)?！皢吸c雙頻”激振點選擇月牙肋，選擇兩個振動頻率進行兩次10min～15min左右的“強迫共振”時效;“雙點雙頻”激振點分別選擇月牙肋和岔管主管口上部，選擇兩個振動頻率進行兩次10min～15min左右的“強迫共振”時效。

振動時效試驗時，鋼岔管應整體置于可靠的基礎之上。為避免引起基礎共振事故，宜采用土石夯實基礎或混凝土基礎。如采用鋼結(jié)構(gòu)支撐基礎，應確保鋼結(jié)構(gòu)支撐的穩(wěn)定牢固，隔墊所用的枕木應用“螞蟥釘”或綁扎方式固定牢固。

鋼岔管振動時效工藝處理試驗，按JB/T10375《焊接構(gòu)件振動時效工藝參數(shù)選擇與技術要求》進行，并應用工藝曲線初步判別消應的效果。此外，必須在振動時效工藝實施前后進行殘余應力的測量對比分析，確切地驗證消應的效果。

4.2 殘余應力測量

采用鉆孔應變釋放法(即盲孔法)殘余應力測量。根據(jù)鋼岔管設計圖紙、制作焊接工藝及振動時效工藝方案，本次測量點如下:

①主管與支管分岔部位(月牙肋)的組合焊縫;

②主管(大口)環(huán)縫與縱縫的“丁字接頭”;

③支管(小口)環(huán)縫與縱縫的“丁字接頭”;

殘余應力測量工況選擇:

①在振動時效工藝實施前，測量焊縫原始殘余應力;

②在實施振動時效工藝后，測量原測點殘余應力的變化;

通過對比分析，驗證振動時效工藝對消除殘余應力的效果。

測量線路及防潮處理。應變片獲取信號后利用屏蔽電纜傳遞至應變儀，實現(xiàn)遠距離測量。測量橋路采用半橋外部接線“多點公共溫度補償”，設溫度補償片。應變片采用絕緣性瞬間固結(jié)粘結(jié)膠粘貼，經(jīng)充分固結(jié)和干燥后，采用環(huán)氧樹脂進行防潮密封處理，以保證應變片具有良好的絕緣度。

5 總結(jié)

經(jīng)過振動處理的構(gòu)件其殘余應力可以被消除20%～80%左右，高拉應力區(qū)消除的比低應力區(qū)大，因此可以提高構(gòu)件的使用強度和疲勞壽命，降低應力腐蝕;可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的發(fā)生;可以提高構(gòu)件的變形能力，穩(wěn)定構(gòu)建的精度，提高機械質(zhì)量。振動試驗只需少量時間即可進行下道工序，可節(jié)省很多能源和時間，節(jié)省大量成本。