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振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)技術(shù)在清河電站岔管安裝中的應(yīng)用

宮治軍

(遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧 沈陽(yáng)110003)

【摘要】清河電站鋼岔管安裝過(guò)程中，采用振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)技術(shù)消除焊接殘余應(yīng)力。本文介紹了振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)處理的技術(shù)方案，定性和定量分析了振動(dòng)時(shí)效處理結(jié)果，明確了振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)技術(shù)不僅可使應(yīng)力平均值降低大于30%，還可使高應(yīng)力區(qū)消除50%以上的殘余應(yīng)力且殘余應(yīng)力低于材料屈服強(qiáng)度的50%，高于相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

【關(guān)鍵詞】振動(dòng)時(shí)效；殘余應(yīng)力；水電站；壓力鋼管

1工程概況

清河電站引水采用一管三機(jī)的布置方式，單條主管經(jīng)過(guò)2條岔管漸變?yōu)?條支管向機(jī)組供水。其中1號(hào)岔管規(guī)格為DN5000/DN5000(60°直梁)、2號(hào)岔管規(guī)格為DN5000/DN3600(60°直梁)，岔管最大管徑為5040mm，壁厚24mm，總重量約130t。岔管平面布置如圖1所示。

圖1　岔管平面布置

電站岔管安裝消應(yīng)處理技術(shù)要求如下：

a.殘余應(yīng)力平均降低率不低于30%。

b.高應(yīng)力區(qū)殘余應(yīng)力消除率不低于50%。

c.殘余應(yīng)力不大于材料屈服強(qiáng)度的50%。

2振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)處理

2.1　構(gòu)件支撐工藝

1號(hào)岔管與2號(hào)岔管已焊接為一體。根據(jù)該岔管型式和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定在混凝土墊層與岔管之間采用馬鞍形鋼托架加橡膠墊的支撐型式，如圖2所示。

圖2　岔管支撐示意圖

2.2　激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)布置

激振器應(yīng)剛性地固定在主振頻率共振振型的波峰處或附近；拾振器應(yīng)固定在遠(yuǎn)離激振器且能反映主振頻率振型最大振幅處或附近，其方向應(yīng)與振動(dòng)方向一致。

根據(jù)該岔管結(jié)構(gòu)型式，激振點(diǎn)布置在岔管加強(qiáng)梁位置處，有2個(gè)主振點(diǎn)、2個(gè)副振點(diǎn)。主振點(diǎn)激振器裝夾在Ⅰ梁靠近上拉桿位置，副振點(diǎn)激振器裝夾在Ⅰ梁側(cè)下部位置。主振時(shí)拾振點(diǎn)固定在管口頂部位置；副振時(shí)拾振點(diǎn)固定在管口側(cè)下部位置。激振點(diǎn)與拾振點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3　激振點(diǎn)及拾振點(diǎn)布置

2.3　振動(dòng)時(shí)效曲線與結(jié)果分析

為使岔管整體進(jìn)行充分時(shí)效，確定從4個(gè)部位分4次進(jìn)行振動(dòng)，共獲得4條監(jiān)測(cè)曲線，如圖4、圖5所示。由圖可知時(shí)效前后數(shù)據(jù)變化情況，見(jiàn)表1。

圖4　1號(hào)岔管主振點(diǎn)及副振點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線

圖5　2號(hào)岔管主振點(diǎn)及副振點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線

次數(shù)時(shí)效轉(zhuǎn)速/(r/min)振動(dòng)幅度振前振后振前振后時(shí)效效果1350334789.03g15.40g頻率左移25r/min,振幅升高6.37g24068407011.21g11.39g頻率右移2r/min,振幅升高0.18g3350534966.04g6.19g頻率左移9r/min,振幅升高0.15g4323932389.74g10.20g頻率左移1r/min,振幅升高0.46g

由表1分析可知，第一次時(shí)效前后參數(shù)變化較大，組合特征明顯。第二、第三次時(shí)效數(shù)據(jù)變化逐漸變小，組合特征減弱。第四次時(shí)效數(shù)據(jù)雖然出現(xiàn)了組合特征，但振動(dòng)時(shí)效設(shè)備穩(wěn)速精度為±1 r/min，故轉(zhuǎn)速變化應(yīng)不予考慮，只有振幅變化的單項(xiàng)特征出現(xiàn)，并且數(shù)據(jù)變化很小。根據(jù)振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)定參數(shù)曲線觀測(cè)法的規(guī)定，可判定上述四次時(shí)效取得了效果，并且在第三次振動(dòng)時(shí)效完成后已達(dá)到效果。

3殘余應(yīng)力測(cè)試

3.1　應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

為了檢測(cè)殘余應(yīng)力消除的效果，采用盲孔法進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。在岔管主要焊縫及熱影響區(qū)上分別布置了29個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力的檢測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6　殘余應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)布置

3.2　殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　時(shí)效前后數(shù)據(jù)變化情況

續(xù)表

3.3　測(cè)試結(jié)果分析

a.該岔管振前平均最大主應(yīng)力σ1為235.05MPa，振后平均最大主應(yīng)力σ1為142.45MPa，消除率為39.4%。

b.高應(yīng)力區(qū)應(yīng)力最大消除率為51.9%，發(fā)生在測(cè)點(diǎn)6，即2號(hào)岔管Ⅱ梁對(duì)接焊縫處。

c.該岔管管殼部分鋼板材質(zhì)為Q345C,屈服極限為325MPa，該部位22個(gè)測(cè)點(diǎn)振后殘余應(yīng)力平均值為144.94MPa；加強(qiáng)梁部分鋼板材質(zhì)為Q345C-Z25，屈服極限為330MPa，該部位7個(gè)測(cè)點(diǎn)振后殘余應(yīng)力平均值為134.63MPa。振后殘余應(yīng)力分別小于各自材料屈服極限的50%。

4結(jié)語(yǔ)

a.此次振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)處理結(jié)果超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)滿足了工程技術(shù)要求提出的三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到了理想效果。

b.此次振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)處理使多個(gè)高應(yīng)力區(qū)殘余應(yīng)力消除率超過(guò)了50%，說(shuō)明激振點(diǎn)與拾振點(diǎn)的正確布置，能夠使振動(dòng)消應(yīng)的效果達(dá)到最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]JB/T 10375—2002焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]劉涌,羅清萍.喀臘塑克水電站鋼岔管振動(dòng)消應(yīng)技術(shù)[J].水利建設(shè)與管理,2012(2):76-77.

Application of vibration aging elimination technique in Qinghe

Power Plant branch pipes installation

GONG Zhijun

(LiaoningWaterConservancyProjectConstructionQualityandSafetySupervisionCenterStation,Shenyang

110003,China)

Abstract:In the steel branch pipes installation process of Qinghe Power Plant, vibration aging elimination technique is adopted for eliminating welding residual stress. In the paper, technical plan of vibration aging elimination treatment is introduced. Vibration aging treatment results are qualitatively and quantitatively analyzed. It is clear that vibration aging elimination technique not only can lower the average value of stress by more than 30%, but also can eliminate more than 50% residual stress in the high stress area, and the residual stress can be lower than 50% of the material yield strength, which is higher than the requirements in related specification and standards.

Key words:vibration aging; residual stress; hydropower station; pressure steel pipes

中圖分類(lèi)號(hào)：TV732

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241(2016)01-0047-04

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.01.014