提供重大及重點(diǎn)工程項(xiàng)目的大型金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效現(xiàn)場技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)；
提供余應(yīng)力檢測服務(wù)，保證檢定結(jié)果的真實(shí)性及性；
提供各種金屬材料的材料力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析檢驗(yàn)，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命試驗(yàn)；
提供不銹鋼及鋁合金等材料的振動(dòng)時(shí)效處理及余應(yīng)力檢測；
為用戶的金屬結(jié)構(gòu)件提供現(xiàn)場振動(dòng)時(shí)效處理；
為您提供振動(dòng)焊接服務(wù)；
振動(dòng)時(shí)效的作用
（1）降低構(gòu)件殘余應(yīng)力
108噸汽車車架組合焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。按照上海樂展電器有限公司制定的工藝參數(shù)，對(duì)108噸汽車車架振動(dòng)時(shí)效后，殘余應(yīng)力下降17.92~88.83%，總應(yīng)力水平下降為47.62%（見表14）。其中易發(fā)生裂紋部位一中橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)處（見圖14）殘余應(yīng)力下降88.83%。
（2）防止或減少斷裂裂紋，從動(dòng)應(yīng)力測試結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位正是車架多次發(fā)生斷裂裂紋處，由此可見應(yīng)力集中是車架裂紋的主要原因。用振動(dòng)處理技術(shù)消除殘余應(yīng)力盡管是低應(yīng)力下進(jìn)行的，確能使殘余應(yīng)力大幅度下降。因此，在外界條件下（動(dòng)載荷或溫度變化等）而不產(chǎn)生微觀斷裂裂紋?？傊?，振動(dòng)處理技術(shù)適用于各種焊接構(gòu)件，其作用是，降低構(gòu)件殘余應(yīng)力，提高構(gòu)件疲勞壽命。
臺(tái)振動(dòng)時(shí)效后的108噸汽車車架，在霍林河礦區(qū)運(yùn)行一年多，至今未發(fā)現(xiàn)任何裂紋跡象，僅按此時(shí)間計(jì)算，振動(dòng)后車架的開裂壽命是未時(shí)效車架平均開裂壽命的二倍以上。
振動(dòng)時(shí)效裝置的選擇
振動(dòng)時(shí)效是用振動(dòng)方法降低和均化焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力。選擇振動(dòng)時(shí)效裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動(dòng)上升或自動(dòng)下降，可點(diǎn)升頻率或點(diǎn)降頻率。振動(dòng)頻率可調(diào)到任何一個(gè)轉(zhuǎn)速。我們選用的微機(jī)控制的振動(dòng)時(shí)效裝置，可自動(dòng)描繪被振工件的頻率-幅值特性曲線，能寫出共振峰的轉(zhuǎn)速和加速度幅值對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值。能繪制振動(dòng)前后曲線。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

岔管振動(dòng)時(shí)效處理效果評(píng)定
從振動(dòng)時(shí)效A~t曲線及振前、振后A~f曲線對(duì)比可以看到：A~t曲線升高后降低然后變平；振后A~f曲線較振前峰值頻率左移（5195r/min左移至5170r/min），帶寬明顯變窄，根據(jù)JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》中4.1.2條判定，該工件通過振動(dòng)時(shí)效已取得了較好的效應(yīng)效果。
4 結(jié)語
白水坑水電站已于2003年6月順利正式并網(wǎng)發(fā)電，壓力輸水系統(tǒng)運(yùn)行正常。本次的鋼岔管振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理結(jié)果，通過比照有關(guān)振動(dòng)時(shí)效處理標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)處理后所有焊縫進(jìn)行聲波探傷，證明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在降低及均化至消除岔管殘余應(yīng)力方面，是一種簡便、有效、節(jié)能（無需燃煤）、快捷的先進(jìn)工藝，無運(yùn)輸問題，不受工件尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、場地的限制，十分值得應(yīng)用與推廣。
振動(dòng)時(shí)效工藝技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械制造行業(yè)已有較多的應(yīng)用，并在水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)件中取得了明顯成效。隨著越來越多鋼岔管的使用，這項(xiàng)技術(shù)將越來越體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。但振動(dòng)時(shí)效工藝處理結(jié)果，是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照振動(dòng)時(shí)效處理曲線及圖形來判定效果，雖可靠但沒有量化指標(biāo)。為了更為直觀地反映殘余應(yīng)力的降低、均化以及消除情況，建議制定振動(dòng)時(shí)效工藝方案時(shí)，增加振前、振后對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測試的內(nèi)容。這一措施是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]  JB/T5926—91，振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求[S].
[2]  DI5017—93，壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].
[3]  全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心。全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)（VSR）論文集[C].
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械行業(yè)，廣泛存在特大型構(gòu)件、多種材質(zhì)組合件、現(xiàn)場焊接構(gòu)件等特殊水工構(gòu)件，由于不具備特大型退火爐，而且處理時(shí)間長、運(yùn)輸困難，無法采用熱時(shí)效進(jìn)行消除應(yīng)力處理。如浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院（簡稱我院）設(shè)計(jì)的浙江省白水坑水電站壓力鋼管出口處的鋼岔管，為卜型岔管，主要直徑3.85m，兩只管直徑各為2.27m，岔道全長10.78m，寬7.35m，材質(zhì)為16Mn，重量36000Kg，承壓靜水頭115m。該工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多片不規(guī)則鋼板及較厚的月牙肋組焊而成，存在著較大的焊接殘余應(yīng)力，尤其是在月牙肋與主管和支管間的焊縫附近。由于該岔管屬于大型焊接構(gòu)件，因此迫切需要尋求一種可靠、的消除殘余應(yīng)力工藝方法。
2 振動(dòng)時(shí)效工藝
振動(dòng)時(shí)效工藝（Vibratory Stress Relief）簡稱VSR技術(shù)，自20世紀(jì)70年代末從國外引進(jìn)，經(jīng)過國內(nèi)的系統(tǒng)研究和消化吸收后，近年來不僅已在航天航空、石化、機(jī)床、機(jī)車車輛、冶金、造船、礦石機(jī)械、水工機(jī)械、等行業(yè)推廣使用，而且還制定了相應(yīng)的行業(yè)指導(dǎo)技術(shù)文件和推薦標(biāo)準(zhǔn)——HB/Z229—93《振動(dòng)時(shí)效主要參數(shù)及技術(shù)要求》，以及JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》。這些足以說明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)、已成熟，并已有據(jù)可依。
振動(dòng)時(shí)效是基于諧波共振原理，將激振器產(chǎn)生的周期性振動(dòng)力通過共振因子放大，從而使被處理的構(gòu)建獲得相應(yīng)的能量，此能量相當(dāng)于熱時(shí)效的熱能，驅(qū)使工件內(nèi)原子產(chǎn)生更大的振動(dòng)，材料發(fā)生局部屈服，使晶體內(nèi)部錯(cuò)位和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微觀塑性變形，致使殘余應(yīng)力在量值上減少和整體應(yīng)力在較低水平上的重新分布；在宏觀上，通過外加的交變應(yīng)力與工件內(nèi)殘余應(yīng)力疊加使工件在較大殘余應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生局部屈服，從而引起應(yīng)力松弛和殘余應(yīng)力在量值上的減低。它不會(huì)改變材料的機(jī)械性能，也不會(huì)引起任何材料金相組織的變化。
壓力鋼管在制作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，尤其是岔管，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接后其內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，為保障鋼岔管運(yùn)行的可靠性，必須對(duì)焊接后的岔管進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理。降低殘余應(yīng)力的方法在DL5017—93《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》有明確規(guī)定。由于熱處理的工藝設(shè)備投資大，處理時(shí)間長，且大口徑岔管整體熱處理后運(yùn)輸難度大，而振動(dòng)時(shí)效技術(shù)作為一種節(jié)能技術(shù)，在相關(guān)行業(yè)已成熟應(yīng)用，其設(shè)備便攜，操作方便，對(duì)要求不改變構(gòu)件材料金相組織的壓力鋼管來說，是一種地處理其殘余應(yīng)力的方案。
3 白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理
白水坑水電站裝機(jī)容量2*20MW，為引水式水電站，設(shè)計(jì)靜水頭115m，一管二機(jī)布置，壓力鋼管出口處的鋼岔管為卜形岔管，由厚度20.22.25mm的鋼板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均為16Mn。該岔管的進(jìn)口端中徑3850mm，出口端中徑各為2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水電建設(shè)有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，我院設(shè)計(jì)要求岔管應(yīng)經(jīng)過退火消除殘余應(yīng)力處理，而就近的退火爐根本無法滿足該岔管的退火工藝要求，且工程建設(shè)施工周期十分緊迫。經(jīng)過多次消除殘余應(yīng)力方案研究及論證，并委托水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所對(duì)岔管固有頻率進(jìn)行估算，認(rèn)為采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)降低及均化岔管殘余應(yīng)力是可行的。鑒于全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣中心華東分中心長期使用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，為此經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)各方協(xié)商，本次白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理委托該中心進(jìn)行。
2002年10月23~25日，水利部全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心華東分中心攜設(shè)備赴白水坑水電站施工現(xiàn)場對(duì)上述鋼岔管進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理。業(yè)主、設(shè)計(jì)、制作、監(jiān)理、等有關(guān)各方常見本次實(shí)施過程。
3.1 岔管振動(dòng)時(shí)效處理工藝方案
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；提供重大及重點(diǎn)工程項(xiàng)目的大型金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效現(xiàn)場技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)；

提供余應(yīng)力檢測服務(wù)，保證檢定結(jié)果的真實(shí)性及性；
提供各種金屬材料的材料力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析檢驗(yàn)，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命試驗(yàn)；
提供不銹鋼及鋁合金等材料的振動(dòng)時(shí)效處理及余應(yīng)力檢測；
為用戶的金屬結(jié)構(gòu)件提供現(xiàn)場振動(dòng)時(shí)效處理；
為您提供振動(dòng)焊接服務(wù)；
振動(dòng)時(shí)效的作用
（1）降低構(gòu)件殘余應(yīng)力
108噸汽車車架組合焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。按照上海樂展電器有限公司制定的工藝參數(shù)，對(duì)108噸汽車車架振動(dòng)時(shí)效后，殘余應(yīng)力下降17.92~88.83%，總應(yīng)力水平下降為47.62%（見表14）。其中易發(fā)生裂紋部位一中橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)處（見圖14）殘余應(yīng)力下降88.83%。
（2）防止或減少斷裂裂紋，從動(dòng)應(yīng)力測試結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位正是車架多次發(fā)生斷裂裂紋處，由此可見應(yīng)力集中是車架裂紋的主要原因。用振動(dòng)處理技術(shù)消除殘余應(yīng)力盡管是低應(yīng)力下進(jìn)行的，確能使殘余應(yīng)力大幅度下降。因此，在外界條件下（動(dòng)載荷或溫度變化等）而不產(chǎn)生微觀斷裂裂紋?？傊駝?dòng)處理技術(shù)適用于各種焊接構(gòu)件，其作用是，降低構(gòu)件殘余應(yīng)力，提高構(gòu)件疲勞壽命。
臺(tái)振動(dòng)時(shí)效后的108噸汽車車架，在霍林河礦區(qū)運(yùn)行一年多，至今未發(fā)現(xiàn)任何裂紋跡象，僅按此時(shí)間計(jì)算，振動(dòng)后車架的開裂壽命是未時(shí)效車架平均開裂壽命的二倍以上。
振動(dòng)時(shí)效裝置的選擇
振動(dòng)時(shí)效是用振動(dòng)方法降低和均化焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力。選擇振動(dòng)時(shí)效裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動(dòng)上升或自動(dòng)下降，可點(diǎn)升頻率或點(diǎn)降頻率。振動(dòng)頻率可調(diào)到任何一個(gè)轉(zhuǎn)速。我們選用的微機(jī)控制的振動(dòng)時(shí)效裝置，可自動(dòng)描繪被振工件的頻率-幅值特性曲線，能寫出共振峰的轉(zhuǎn)速和加速度幅值對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值。能繪制振動(dòng)前后曲線。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

岔管振動(dòng)時(shí)效處理效果評(píng)定
從振動(dòng)時(shí)效A~t曲線及振前、振后A~f曲線對(duì)比可以看到：A~t曲線升高后降低然后變平；振后A~f曲線較振前峰值頻率左移（5195r/min左移至5170r/min），帶寬明顯變窄，根據(jù)JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》中4.1.2條判定，該工件通過振動(dòng)時(shí)效已取得了較好的效應(yīng)效果。
4 結(jié)語
白水坑水電站已于2003年6月順利正式并網(wǎng)發(fā)電，壓力輸水系統(tǒng)運(yùn)行正常。本次的鋼岔管振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理結(jié)果，通過比照有關(guān)振動(dòng)時(shí)效處理標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)處理后所有焊縫進(jìn)行聲波探傷，證明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在降低及均化至消除岔管殘余應(yīng)力方面，是一種簡便、有效、節(jié)能（無需燃煤）、快捷的先進(jìn)工藝，無運(yùn)輸問題，不受工件尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、場地的限制，十分值得應(yīng)用與推廣。
振動(dòng)時(shí)效工藝技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械制造行業(yè)已有較多的應(yīng)用，并在水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)件中取得了明顯成效。隨著越來越多鋼岔管的使用，這項(xiàng)技術(shù)將越來越體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。但振動(dòng)時(shí)效工藝處理結(jié)果，是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照振動(dòng)時(shí)效處理曲線及圖形來判定效果，雖可靠但沒有量化指標(biāo)。為了更為直觀地反映殘余應(yīng)力的降低、均化以及消除情況，建議制定振動(dòng)時(shí)效工藝方案時(shí)，增加振前、振后對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測試的內(nèi)容。這一措施是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]  JB/T5926—91，振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求[S].
[2]  DI5017—93，壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].
[3]  全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心。全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)（VSR）論文集[C].
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械行業(yè)，廣泛存在特大型構(gòu)件、多種材質(zhì)組合件、現(xiàn)場焊接構(gòu)件等特殊水工構(gòu)件，由于不具備特大型退火爐，而且處理時(shí)間長、運(yùn)輸困難，無法采用熱時(shí)效進(jìn)行消除應(yīng)力處理。如浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院（簡稱我院）設(shè)計(jì)的浙江省白水坑水電站壓力鋼管出口處的鋼岔管，為卜型岔管，主要直徑3.85m，兩只管直徑各為2.27m，岔道全長10.78m，寬7.35m，材質(zhì)為16Mn，重量36000Kg，承壓靜水頭115m。該工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多片不規(guī)則鋼板及較厚的月牙肋組焊而成，存在著較大的焊接殘余應(yīng)力，尤其是在月牙肋與主管和支管間的焊縫附近。由于該岔管屬于大型焊接構(gòu)件，因此迫切需要尋求一種可靠、的消除殘余應(yīng)力工藝方法。
2 振動(dòng)時(shí)效工藝
振動(dòng)時(shí)效工藝（Vibratory Stress Relief）簡稱VSR技術(shù)，自20世紀(jì)70年代末從國外引進(jìn)，經(jīng)過國內(nèi)的系統(tǒng)研究和消化吸收后，近年來不僅已在航天航空、石化、機(jī)床、機(jī)車車輛、冶金、造船、礦石機(jī)械、水工機(jī)械、等行業(yè)推廣使用，而且還制定了相應(yīng)的行業(yè)指導(dǎo)技術(shù)文件和推薦標(biāo)準(zhǔn)——HB/Z229—93《振動(dòng)時(shí)效主要參數(shù)及技術(shù)要求》，以及JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》。這些足以說明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)、已成熟，并已有據(jù)可依。
振動(dòng)時(shí)效是基于諧波共振原理，將激振器產(chǎn)生的周期性振動(dòng)力通過共振因子放大，從而使被處理的構(gòu)建獲得相應(yīng)的能量，此能量相當(dāng)于熱時(shí)效的熱能，驅(qū)使工件內(nèi)原子產(chǎn)生更大的振動(dòng)，材料發(fā)生局部屈服，使晶體內(nèi)部錯(cuò)位和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微觀塑性變形，致使殘余應(yīng)力在量值上減少和整體應(yīng)力在較低水平上的重新分布；在宏觀上，通過外加的交變應(yīng)力與工件內(nèi)殘余應(yīng)力疊加使工件在較大殘余應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生局部屈服，從而引起應(yīng)力松弛和殘余應(yīng)力在量值上的減低。它不會(huì)改變材料的機(jī)械性能，也不會(huì)引起任何材料金相組織的變化。
壓力鋼管在制作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，尤其是岔管，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接后其內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，為保障鋼岔管運(yùn)行的可靠性，必須對(duì)焊接后的岔管進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理。降低殘余應(yīng)力的方法在DL5017—93《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》有明確規(guī)定。由于熱處理的工藝設(shè)備投資大，處理時(shí)間長，且大口徑岔管整體熱處理后運(yùn)輸難度大，而振動(dòng)時(shí)效技術(shù)作為一種節(jié)能技術(shù)，在相關(guān)行業(yè)已成熟應(yīng)用，其設(shè)備便攜，操作方便，對(duì)要求不改變構(gòu)件材料金相組織的壓力鋼管來說，是一種地處理其殘余應(yīng)力的方案。
3 白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理
白水坑水電站裝機(jī)容量2*20MW，為引水式水電站，設(shè)計(jì)靜水頭115m，一管二機(jī)布置，壓力鋼管出口處的鋼岔管為卜形岔管，由厚度20.22.25mm的鋼板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均為16Mn。該岔管的進(jìn)口端中徑3850mm，出口端中徑各為2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水電建設(shè)有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，我院設(shè)計(jì)要求岔管應(yīng)經(jīng)過退火消除殘余應(yīng)力處理，而就近的退火爐根本無法滿足該岔管的退火工藝要求，且工程建設(shè)施工周期十分緊迫。經(jīng)過多次消除殘余應(yīng)力方案研究及論證，并委托水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所對(duì)岔管固有頻率進(jìn)行估算，認(rèn)為采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)降低及均化岔管殘余應(yīng)力是可行的。鑒于全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣中心華東分中心長期使用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，為此經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)各方協(xié)商，本次白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理委托該中心進(jìn)行。
2002年10月23~25日，水利部全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心華東分中心攜設(shè)備赴白水坑水電站施工現(xiàn)場對(duì)上述鋼岔管進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理。業(yè)主、設(shè)計(jì)、制作、監(jiān)理、等有關(guān)各方常見本次實(shí)施過程。
3.1 岔管振動(dòng)時(shí)效處理工藝方案
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；提供重大及重點(diǎn)工程項(xiàng)目的大型金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效現(xiàn)場技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)；提供余應(yīng)力檢測服務(wù)，保證檢定結(jié)果的真實(shí)性及性；
提供各種金屬材料的材料力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析檢驗(yàn)，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命試驗(yàn)；
提供不銹鋼及鋁合金等材料的振動(dòng)時(shí)效處理及余應(yīng)力檢測；
為用戶的金屬結(jié)構(gòu)件提供現(xiàn)場振動(dòng)時(shí)效處理；
為您提供振動(dòng)焊接服務(wù)；
振動(dòng)時(shí)效的作用
（1）降低構(gòu)件殘余應(yīng)力
108噸汽車車架組合焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。按照上海樂展電器有限公司制定的工藝參數(shù)，對(duì)108噸汽車車架振動(dòng)時(shí)效后，殘余應(yīng)力下降17.92~88.83%，總應(yīng)力水平下降為47.62%（見表14）。其中易發(fā)生裂紋部位一中橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)處（見圖14）殘余應(yīng)力下降88.83%。
（2）防止或減少斷裂裂紋，從動(dòng)應(yīng)力測試結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位正是車架多次發(fā)生斷裂裂紋處，由此可見應(yīng)力集中是車架裂紋的主要原因。用振動(dòng)處理技術(shù)消除殘余應(yīng)力盡管是低應(yīng)力下進(jìn)行的，確能使殘余應(yīng)力大幅度下降。因此，在外界條件下（動(dòng)載荷或溫度變化等）而不產(chǎn)生微觀斷裂裂紋。總之，振動(dòng)處理技術(shù)適用于各種焊接構(gòu)件，其作用是，降低構(gòu)件殘余應(yīng)力，提高構(gòu)件疲勞壽命。
臺(tái)振動(dòng)時(shí)效后的108噸汽車車架，在霍林河礦區(qū)運(yùn)行一年多，至今未發(fā)現(xiàn)任何裂紋跡象，僅按此時(shí)間計(jì)算，振動(dòng)后車架的開裂壽命是未時(shí)效車架平均開裂壽命的二倍以上。
振動(dòng)時(shí)效裝置的選擇
振動(dòng)時(shí)效是用振動(dòng)方法降低和均化焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力。選擇振動(dòng)時(shí)效裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動(dòng)上升或自動(dòng)下降，可點(diǎn)升頻率或點(diǎn)降頻率。振動(dòng)頻率可調(diào)到任何一個(gè)轉(zhuǎn)速。我們選用的微機(jī)控制的振動(dòng)時(shí)效裝置，可自動(dòng)描繪被振工件的頻率-幅值特性曲線，能寫出共振峰的轉(zhuǎn)速和加速度幅值對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值。能繪制振動(dòng)前后曲線。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

岔管振動(dòng)時(shí)效處理效果評(píng)定
從振動(dòng)時(shí)效A~t曲線及振前、振后A~f曲線對(duì)比可以看到：A~t曲線升高后降低然后變平；振后A~f曲線較振前峰值頻率左移（5195r/min左移至5170r/min），帶寬明顯變窄，根據(jù)JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》中4.1.2條判定，該工件通過振動(dòng)時(shí)效已取得了較好的效應(yīng)效果。
4 結(jié)語
白水坑水電站已于2003年6月順利正式并網(wǎng)發(fā)電，壓力輸水系統(tǒng)運(yùn)行正常。本次的鋼岔管振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理結(jié)果，通過比照有關(guān)振動(dòng)時(shí)效處理標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)處理后所有焊縫進(jìn)行聲波探傷，證明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在降低及均化至消除岔管殘余應(yīng)力方面，是一種簡便、有效、節(jié)能（無需燃煤）、快捷的先進(jìn)工藝，無運(yùn)輸問題，不受工件尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、場地的限制，十分值得應(yīng)用與推廣。
振動(dòng)時(shí)效工藝技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械制造行業(yè)已有較多的應(yīng)用，并在水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)件中取得了明顯成效。隨著越來越多鋼岔管的使用，這項(xiàng)技術(shù)將越來越體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。但振動(dòng)時(shí)效工藝處理結(jié)果，是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照振動(dòng)時(shí)效處理曲線及圖形來判定效果，雖可靠但沒有量化指標(biāo)。為了更為直觀地反映殘余應(yīng)力的降低、均化以及消除情況，建議制定振動(dòng)時(shí)效工藝方案時(shí)，增加振前、振后對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測試的內(nèi)容。這一措施是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]  JB/T5926—91，振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求[S].
[2]  DI5017—93，壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].
[3]  全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心。全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)（VSR）論文集[C].
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械行業(yè)，廣泛存在特大型構(gòu)件、多種材質(zhì)組合件、現(xiàn)場焊接構(gòu)件等特殊水工構(gòu)件，由于不具備特大型退火爐，而且處理時(shí)間長、運(yùn)輸困難，無法采用熱時(shí)效進(jìn)行消除應(yīng)力處理。如浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院（簡稱我院）設(shè)計(jì)的浙江省白水坑水電站壓力鋼管出口處的鋼岔管，為卜型岔管，主要直徑3.85m，兩只管直徑各為2.27m，岔道全長10.78m，寬7.35m，材質(zhì)為16Mn，重量36000Kg，承壓靜水頭115m。該工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多片不規(guī)則鋼板及較厚的月牙肋組焊而成，存在著較大的焊接殘余應(yīng)力，尤其是在月牙肋與主管和支管間的焊縫附近。由于該岔管屬于大型焊接構(gòu)件，因此迫切需要尋求一種可靠、的消除殘余應(yīng)力工藝方法。
2 振動(dòng)時(shí)效工藝
振動(dòng)時(shí)效工藝（Vibratory Stress Relief）簡稱VSR技術(shù)，自20世紀(jì)70年代末從國外引進(jìn)，經(jīng)過國內(nèi)的系統(tǒng)研究和消化吸收后，近年來不僅已在航天航空、石化、機(jī)床、機(jī)車車輛、冶金、造船、礦石機(jī)械、水工機(jī)械、等行業(yè)推廣使用，而且還制定了相應(yīng)的行業(yè)指導(dǎo)技術(shù)文件和推薦標(biāo)準(zhǔn)——HB/Z229—93《振動(dòng)時(shí)效主要參數(shù)及技術(shù)要求》，以及JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》。這些足以說明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)、已成熟，并已有據(jù)可依。
振動(dòng)時(shí)效是基于諧波共振原理，將激振器產(chǎn)生的周期性振動(dòng)力通過共振因子放大，從而使被處理的構(gòu)建獲得相應(yīng)的能量，此能量相當(dāng)于熱時(shí)效的熱能，驅(qū)使工件內(nèi)原子產(chǎn)生更大的振動(dòng)，材料發(fā)生局部屈服，使晶體內(nèi)部錯(cuò)位和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微觀塑性變形，致使殘余應(yīng)力在量值上減少和整體應(yīng)力在較低水平上的重新分布；在宏觀上，通過外加的交變應(yīng)力與工件內(nèi)殘余應(yīng)力疊加使工件在較大殘余應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生局部屈服，從而引起應(yīng)力松弛和殘余應(yīng)力在量值上的減低。它不會(huì)改變材料的機(jī)械性能，也不會(huì)引起任何材料金相組織的變化。
壓力鋼管在制作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，尤其是岔管，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接后其內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，為保障鋼岔管運(yùn)行的可靠性，必須對(duì)焊接后的岔管進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理。降低殘余應(yīng)力的方法在DL5017—93《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》有明確規(guī)定。由于熱處理的工藝設(shè)備投資大，處理時(shí)間長，且大口徑岔管整體熱處理后運(yùn)輸難度大，而振動(dòng)時(shí)效技術(shù)作為一種節(jié)能技術(shù)，在相關(guān)行業(yè)已成熟應(yīng)用，其設(shè)備便攜，操作方便，對(duì)要求不改變構(gòu)件材料金相組織的壓力鋼管來說，是一種地處理其殘余應(yīng)力的方案。
3 白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理
白水坑水電站裝機(jī)容量2*20MW，為引水式水電站，設(shè)計(jì)靜水頭115m，一管二機(jī)布置，壓力鋼管出口處的鋼岔管為卜形岔管，由厚度20.22.25mm的鋼板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均為16Mn。該岔管的進(jìn)口端中徑3850mm，出口端中徑各為2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水電建設(shè)有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，我院設(shè)計(jì)要求岔管應(yīng)經(jīng)過退火消除殘余應(yīng)力處理，而就近的退火爐根本無法滿足該岔管的退火工藝要求，且工程建設(shè)施工周期十分緊迫。經(jīng)過多次消除殘余應(yīng)力方案研究及論證，并委托水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所對(duì)岔管固有頻率進(jìn)行估算，認(rèn)為采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)降低及均化岔管殘余應(yīng)力是可行的。鑒于全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣中心華東分中心長期使用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，為此經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)各方協(xié)商，本次白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理委托該中心進(jìn)行。
2002年10月23~25日，水利部全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心華東分中心攜設(shè)備赴白水坑水電站施工現(xiàn)場對(duì)上述鋼岔管進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理。業(yè)主、設(shè)計(jì)、制作、監(jiān)理、等有關(guān)各方常見本次實(shí)施過程。
3.1 岔管振動(dòng)時(shí)效處理工藝方案
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；提供重大及重點(diǎn)工程項(xiàng)目的大型金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效現(xiàn)場技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)；
提供余應(yīng)力檢測服務(wù)，保證檢定結(jié)果的真實(shí)性及性；
提供各種金屬材料的材料力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析檢驗(yàn)，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命試驗(yàn)；
提供不銹鋼及鋁合金等材料的振動(dòng)時(shí)效處理及余應(yīng)力檢測；
為用戶的金屬結(jié)構(gòu)件提供現(xiàn)場振動(dòng)時(shí)效處理；
為您提供振動(dòng)焊接服務(wù)；
振動(dòng)時(shí)效的作用
（1）降低構(gòu)件殘余應(yīng)力
108噸汽車車架組合焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。按照上海樂展電器有限公司制定的工藝參數(shù)，對(duì)108噸汽車車架振動(dòng)時(shí)效后，殘余應(yīng)力下降17.92~88.83%，總應(yīng)力水平下降為47.62%（見表14）。其中易發(fā)生裂紋部位一中橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)處（見圖14）殘余應(yīng)力下降88.83%。
（2）防止或減少斷裂裂紋，從動(dòng)應(yīng)力測試結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位正是車架多次發(fā)生斷裂裂紋處，由此可見應(yīng)力集中是車架裂紋的主要原因。用振動(dòng)處理技術(shù)消除殘余應(yīng)力盡管是低應(yīng)力下進(jìn)行的，確能使殘余應(yīng)力大幅度下降。因此，在外界條件下（動(dòng)載荷或溫度變化等）而不產(chǎn)生微觀斷裂裂紋?？傊?，振動(dòng)處理技術(shù)適用于各種焊接構(gòu)件，其作用是，降低構(gòu)件殘余應(yīng)力，提高構(gòu)件疲勞壽命。
臺(tái)振動(dòng)時(shí)效后的108噸汽車車架，在霍林河礦區(qū)運(yùn)行一年多，至今未發(fā)現(xiàn)任何裂紋跡象，僅按此時(shí)間計(jì)算，振動(dòng)后車架的開裂壽命是未時(shí)效車架平均開裂壽命的二倍以上。
振動(dòng)時(shí)效裝置的選擇
振動(dòng)時(shí)效是用振動(dòng)方法降低和均化焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力。選擇振動(dòng)時(shí)效裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動(dòng)上升或自動(dòng)下降，可點(diǎn)升頻率或點(diǎn)降頻率。振動(dòng)頻率可調(diào)到任何一個(gè)轉(zhuǎn)速。我們選用的微機(jī)控制的振動(dòng)時(shí)效裝置，可自動(dòng)描繪被振工件的頻率-幅值特性曲線，能寫出共振峰的轉(zhuǎn)速和加速度幅值對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值。能繪制振動(dòng)前后曲線。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

岔管振動(dòng)時(shí)效處理效果評(píng)定
從振動(dòng)時(shí)效A~t曲線及振前、振后A~f曲線對(duì)比可以看到：A~t曲線升高后降低然后變平；振后A~f曲線較振前峰值頻率左移（5195r/min左移至5170r/min），帶寬明顯變窄，根據(jù)JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》中4.1.2條判定，該工件通過振動(dòng)時(shí)效已取得了較好的效應(yīng)效果。
4 結(jié)語
白水坑水電站已于2003年6月順利正式并網(wǎng)發(fā)電，壓力輸水系統(tǒng)運(yùn)行正常。本次的鋼岔管振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理結(jié)果，通過比照有關(guān)振動(dòng)時(shí)效處理標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)處理后所有焊縫進(jìn)行聲波探傷，證明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在降低及均化至消除岔管殘余應(yīng)力方面，是一種簡便、有效、節(jié)能（無需燃煤）、快捷的先進(jìn)工藝，無運(yùn)輸問題，不受工件尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、場地的限制，十分值得應(yīng)用與推廣。
振動(dòng)時(shí)效工藝技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械制造行業(yè)已有較多的應(yīng)用，并在水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)件中取得了明顯成效。隨著越來越多鋼岔管的使用，這項(xiàng)技術(shù)將越來越體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。但振動(dòng)時(shí)效工藝處理結(jié)果，是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照振動(dòng)時(shí)效處理曲線及圖形來判定效果，雖可靠但沒有量化指標(biāo)。為了更為直觀地反映殘余應(yīng)力的降低、均化以及消除情況，建議制定振動(dòng)時(shí)效工藝方案時(shí)，增加振前、振后對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測試的內(nèi)容。這一措施是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]  JB/T5926—91，振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求[S].
[2]  DI5017—93，壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].
[3]  全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心。全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)（VSR）論文集[C].
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械行業(yè)，廣泛存在特大型構(gòu)件、多種材質(zhì)組合件、現(xiàn)場焊接構(gòu)件等特殊水工構(gòu)件，由于不具備特大型退火爐，而且處理時(shí)間長、運(yùn)輸困難，無法采用熱時(shí)效進(jìn)行消除應(yīng)力處理。如浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院（簡稱我院）設(shè)計(jì)的浙江省白水坑水電站壓力鋼管出口處的鋼岔管，為卜型岔管，主要直徑3.85m，兩只管直徑各為2.27m，岔道全長10.78m，寬7.35m，材質(zhì)為16Mn，重量36000Kg，承壓靜水頭115m。該工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多片不規(guī)則鋼板及較厚的月牙肋組焊而成，存在著較大的焊接殘余應(yīng)力，尤其是在月牙肋與主管和支管間的焊縫附近。由于該岔管屬于大型焊接構(gòu)件，因此迫切需要尋求一種可靠、的消除殘余應(yīng)力工藝方法。
2 振動(dòng)時(shí)效工藝
振動(dòng)時(shí)效工藝（Vibratory Stress Relief）簡稱VSR技術(shù)，自20世紀(jì)70年代末從國外引進(jìn)，經(jīng)過國內(nèi)的系統(tǒng)研究和消化吸收后，近年來不僅已在航天航空、石化、機(jī)床、機(jī)車車輛、冶金、造船、礦石機(jī)械、水工機(jī)械、等行業(yè)推廣使用，而且還制定了相應(yīng)的行業(yè)指導(dǎo)技術(shù)文件和推薦標(biāo)準(zhǔn)——HB/Z229—93《振動(dòng)時(shí)效主要參數(shù)及技術(shù)要求》，以及JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》。這些足以說明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)、已成熟，并已有據(jù)可依。
振動(dòng)時(shí)效是基于諧波共振原理，將激振器產(chǎn)生的周期性振動(dòng)力通過共振因子放大，從而使被處理的構(gòu)建獲得相應(yīng)的能量，此能量相當(dāng)于熱時(shí)效的熱能，驅(qū)使工件內(nèi)原子產(chǎn)生更大的振動(dòng)，材料發(fā)生局部屈服，使晶體內(nèi)部錯(cuò)位和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微觀塑性變形，致使殘余應(yīng)力在量值上減少和整體應(yīng)力在較低水平上的重新分布；在宏觀上，通過外加的交變應(yīng)力與工件內(nèi)殘余應(yīng)力疊加使工件在較大殘余應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生局部屈服，從而引起應(yīng)力松弛和殘余應(yīng)力在量值上的減低。它不會(huì)改變材料的機(jī)械性能，也不會(huì)引起任何材料金相組織的變化。
壓力鋼管在制作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，尤其是岔管，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接后其內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，為保障鋼岔管運(yùn)行的可靠性，必須對(duì)焊接后的岔管進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理。降低殘余應(yīng)力的方法在DL5017—93《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》有明確規(guī)定。由于熱處理的工藝設(shè)備投資大，處理時(shí)間長，且大口徑岔管整體熱處理后運(yùn)輸難度大，而振動(dòng)時(shí)效技術(shù)作為一種節(jié)能技術(shù)，在相關(guān)行業(yè)已成熟應(yīng)用，其設(shè)備便攜，操作方便，對(duì)要求不改變構(gòu)件材料金相組織的壓力鋼管來說，是一種地處理其殘余應(yīng)力的方案。
3 白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理
白水坑水電站裝機(jī)容量2*20MW，為引水式水電站，設(shè)計(jì)靜水頭115m，一管二機(jī)布置，壓力鋼管出口處的鋼岔管為卜形岔管，由厚度20.22.25mm的鋼板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均為16Mn。該岔管的進(jìn)口端中徑3850mm，出口端中徑各為2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水電建設(shè)有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，我院設(shè)計(jì)要求岔管應(yīng)經(jīng)過退火消除殘余應(yīng)力處理，而就近的退火爐根本無法滿足該岔管的退火工藝要求，且工程建設(shè)施工周期十分緊迫。經(jīng)過多次消除殘余應(yīng)力方案研究及論證，并委托水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所對(duì)岔管固有頻率進(jìn)行估算，認(rèn)為采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)降低及均化岔管殘余應(yīng)力是可行的。鑒于全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣中心華東分中心長期使用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，為此經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)各方協(xié)商，本次白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理委托該中心進(jìn)行。
2002年10月23~25日，水利部全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心華東分中心攜設(shè)備赴白水坑水電站施工現(xiàn)場對(duì)上述鋼岔管進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理。業(yè)主、設(shè)計(jì)、制作、監(jiān)理、等有關(guān)各方常見本次實(shí)施過程。
3.1 岔管振動(dòng)時(shí)效處理工藝方案
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；提供重大及重點(diǎn)工程項(xiàng)目的大型金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效現(xiàn)場技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)；
提供余應(yīng)力檢測服務(wù)，保證檢定結(jié)果的真實(shí)性及性；
提供各種金屬材料的材料力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析檢驗(yàn)，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命試驗(yàn)；
提供不銹鋼及鋁合金等材料的振動(dòng)時(shí)效處理及余應(yīng)力檢測；
為用戶的金屬結(jié)構(gòu)件提供現(xiàn)場振動(dòng)時(shí)效處理；
為您提供振動(dòng)焊接服務(wù)；
振動(dòng)時(shí)效的作用
（1）降低構(gòu)件殘余應(yīng)力
108噸汽車車架組合焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。按照上海樂展電器有限公司制定的工藝參數(shù)，對(duì)108噸汽車車架振動(dòng)時(shí)效后，殘余應(yīng)力下降17.92~88.83%，總應(yīng)力水平下降為47.62%（見表14）。其中易發(fā)生裂紋部位一中橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)處（見圖14）殘余應(yīng)力下降88.83%。
（2）防止或減少斷裂裂紋，從動(dòng)應(yīng)力測試結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位正是車架多次發(fā)生斷裂裂紋處，由此可見應(yīng)力集中是車架裂紋的主要原因。用振動(dòng)處理技術(shù)消除殘余應(yīng)力盡管是低應(yīng)力下進(jìn)行的，確能使殘余應(yīng)力大幅度下降。因此，在外界條件下（動(dòng)載荷或溫度變化等）而不產(chǎn)生微觀斷裂裂紋?？傊?，振動(dòng)處理技術(shù)適用于各種焊接構(gòu)件，其作用是，降低構(gòu)件殘余應(yīng)力，提高構(gòu)件疲勞壽命。
臺(tái)振動(dòng)時(shí)效后的108噸汽車車架，在霍林河礦區(qū)運(yùn)行一年多，至今未發(fā)現(xiàn)任何裂紋跡象，僅按此時(shí)間計(jì)算，振動(dòng)后車架的開裂壽命是未時(shí)效車架平均開裂壽命的二倍以上。
振動(dòng)時(shí)效裝置的選擇
振動(dòng)時(shí)效是用振動(dòng)方法降低和均化焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力。選擇振動(dòng)時(shí)效裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)頻率自動(dòng)上升或自動(dòng)下降，可點(diǎn)升頻率或點(diǎn)降頻率。振動(dòng)頻率可調(diào)到任何一個(gè)轉(zhuǎn)速。我們選用的微機(jī)控制的振動(dòng)時(shí)效裝置，可自動(dòng)描繪被振工件的頻率-幅值特性曲線，能寫出共振峰的轉(zhuǎn)速和加速度幅值對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值。能繪制振動(dòng)前后曲線。
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

岔管振動(dòng)時(shí)效處理效果評(píng)定
從振動(dòng)時(shí)效A~t曲線及振前、振后A~f曲線對(duì)比可以看到：A~t曲線升高后降低然后變平；振后A~f曲線較振前峰值頻率左移（5195r/min左移至5170r/min），帶寬明顯變窄，根據(jù)JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》中4.1.2條判定，該工件通過振動(dòng)時(shí)效已取得了較好的效應(yīng)效果。
4 結(jié)語
白水坑水電站已于2003年6月順利正式并網(wǎng)發(fā)電，壓力輸水系統(tǒng)運(yùn)行正常。本次的鋼岔管振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理結(jié)果，通過比照有關(guān)振動(dòng)時(shí)效處理標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)處理后所有焊縫進(jìn)行聲波探傷，證明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在降低及均化至消除岔管殘余應(yīng)力方面，是一種簡便、有效、節(jié)能（無需燃煤）、快捷的先進(jìn)工藝，無運(yùn)輸問題，不受工件尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、場地的限制，十分值得應(yīng)用與推廣。
振動(dòng)時(shí)效工藝技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械制造行業(yè)已有較多的應(yīng)用，并在水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)件中取得了明顯成效。隨著越來越多鋼岔管的使用，這項(xiàng)技術(shù)將越來越體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。但振動(dòng)時(shí)效工藝處理結(jié)果，是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照振動(dòng)時(shí)效處理曲線及圖形來判定效果，雖可靠但沒有量化指標(biāo)。為了更為直觀地反映殘余應(yīng)力的降低、均化以及消除情況，建議制定振動(dòng)時(shí)效工藝方案時(shí)，增加振前、振后對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測試的內(nèi)容。這一措施是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]  JB/T5926—91，振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求[S].
[2]  DI5017—93，壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].
[3]  全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心。全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)（VSR）論文集[C].
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；

在水工金屬結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械行業(yè)，廣泛存在特大型構(gòu)件、多種材質(zhì)組合件、現(xiàn)場焊接構(gòu)件等特殊水工構(gòu)件，由于不具備特大型退火爐，而且處理時(shí)間長、運(yùn)輸困難，無法采用熱時(shí)效進(jìn)行消除應(yīng)力處理。如浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院（簡稱我院）設(shè)計(jì)的浙江省白水坑水電站壓力鋼管出口處的鋼岔管，為卜型岔管，主要直徑3.85m，兩只管直徑各為2.27m，岔道全長10.78m，寬7.35m，材質(zhì)為16Mn，重量36000Kg，承壓靜水頭115m。該工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多片不規(guī)則鋼板及較厚的月牙肋組焊而成，存在著較大的焊接殘余應(yīng)力，尤其是在月牙肋與主管和支管間的焊縫附近。由于該岔管屬于大型焊接構(gòu)件，因此迫切需要尋求一種可靠、的消除殘余應(yīng)力工藝方法。
2 振動(dòng)時(shí)效工藝
振動(dòng)時(shí)效工藝（Vibratory Stress Relief）簡稱VSR技術(shù)，自20世紀(jì)70年代末從國外引進(jìn)，經(jīng)過國內(nèi)的系統(tǒng)研究和消化吸收后，近年來不僅已在航天航空、石化、機(jī)床、機(jī)車車輛、冶金、造船、礦石機(jī)械、水工機(jī)械、等行業(yè)推廣使用，而且還制定了相應(yīng)的行業(yè)指導(dǎo)技術(shù)文件和推薦標(biāo)準(zhǔn)——HB/Z229—93《振動(dòng)時(shí)效主要參數(shù)及技術(shù)要求》，以及JB/T5926—91《振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求》。這些足以說明振動(dòng)時(shí)效技術(shù)、已成熟，并已有據(jù)可依。
振動(dòng)時(shí)效是基于諧波共振原理，將激振器產(chǎn)生的周期性振動(dòng)力通過共振因子放大，從而使被處理的構(gòu)建獲得相應(yīng)的能量，此能量相當(dāng)于熱時(shí)效的熱能，驅(qū)使工件內(nèi)原子產(chǎn)生更大的振動(dòng)，材料發(fā)生局部屈服，使晶體內(nèi)部錯(cuò)位和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微觀塑性變形，致使殘余應(yīng)力在量值上減少和整體應(yīng)力在較低水平上的重新分布；在宏觀上，通過外加的交變應(yīng)力與工件內(nèi)殘余應(yīng)力疊加使工件在較大殘余應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生局部屈服，從而引起應(yīng)力松弛和殘余應(yīng)力在量值上的減低。它不會(huì)改變材料的機(jī)械性能，也不會(huì)引起任何材料金相組織的變化。
壓力鋼管在制作過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，尤其是岔管，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接后其內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，為保障鋼岔管運(yùn)行的可靠性，必須對(duì)焊接后的岔管進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理。降低殘余應(yīng)力的方法在DL5017—93《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》有明確規(guī)定。由于熱處理的工藝設(shè)備投資大，處理時(shí)間長，且大口徑岔管整體熱處理后運(yùn)輸難度大，而振動(dòng)時(shí)效技術(shù)作為一種節(jié)能技術(shù)，在相關(guān)行業(yè)已成熟應(yīng)用，其設(shè)備便攜，操作方便，對(duì)要求不改變構(gòu)件材料金相組織的壓力鋼管來說，是一種地處理其殘余應(yīng)力的方案。
3 白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理
白水坑水電站裝機(jī)容量2*20MW，為引水式水電站，設(shè)計(jì)靜水頭115m，一管二機(jī)布置，壓力鋼管出口處的鋼岔管為卜形岔管，由厚度20.22.25mm的鋼板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均為16Mn。該岔管的進(jìn)口端中徑3850mm，出口端中徑各為2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水電建設(shè)有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，我院設(shè)計(jì)要求岔管應(yīng)經(jīng)過退火消除殘余應(yīng)力處理，而就近的退火爐根本無法滿足該岔管的退火工藝要求，且工程建設(shè)施工周期十分緊迫。經(jīng)過多次消除殘余應(yīng)力方案研究及論證，并委托水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所對(duì)岔管固有頻率進(jìn)行估算，認(rèn)為采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)降低及均化岔管殘余應(yīng)力是可行的。鑒于全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣中心華東分中心長期使用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，為此經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)各方協(xié)商，本次白水坑水電站鋼岔管的振動(dòng)時(shí)效處理委托該中心進(jìn)行。
2002年10月23~25日，水利部全國振動(dòng)時(shí)效技術(shù)推廣中心華東分中心攜設(shè)備赴白水坑水電站施工現(xiàn)場對(duì)上述鋼岔管進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理。業(yè)主、設(shè)計(jì)、制作、監(jiān)理、等有關(guān)各方常見本次實(shí)施過程。
3.1 岔管振動(dòng)時(shí)效處理工藝方案
轉(zhuǎn)數(shù)范圍：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力調(diào)整范圍：0-50KN；
電機(jī)額定功率：1500W；
適宜處理工件重量：≤30噸
穩(wěn)速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
電機(jī)額定電流：10A；
電機(jī)額定電壓：150V；
供電電源電壓：交流220V±10%，50HZ±4%；
絕緣等級(jí)：E級(jí)；
工作條件：環(huán)境溫度：-10℃—+40℃；相對(duì)濕度：不大于80%（25℃）；