于成斌 朱文博
山东水总机电工程有限公司 山东济南 250108
摘要：支铰钢梁是厚钢板经焊接加工而成，在焊接过程中会产生大量的残余应力滞留在钢梁构件中，影响到钢梁的质量安全和使用寿命。传统应力失效方式时间长，效果差，而采用振动时效工艺快速有效的降低了残余应力，提高了钢梁的强度和疲劳寿命。本文简要介绍了振动时效工艺的方法和在本工程中的应用效果。
关键词：支铰钢梁，焊接残余应力，振动时效，效果
1工程概况
刘家道口枢纽工程为大（I）型工程，位于山东省临沂市境内。刘家道口节制闸是刘家道口枢纽工程的主要建筑物之一，共36孔，单孔净宽16mm，工作闸门为弧形钢闸门。支铰钢梁与弧形闸门支臂铰座相连接，是将门体水压通过预应力锚索传递到基础结构上的焊接构件，制作钢梁的钢板为60mm（Q345B）、80mm（Q345A）、100mm（Q345A）的厚钢板，其中中墩支铰钢梁35根，每根重约27吨，外形尺寸为4550mm×2740mm×1160mm，边墩支铰钢梁2根，每根重约18吨，外形尺寸为3275mm×2740mm×1160mm。
支铰钢梁在焊接制作中产生一定的残余应力，设计图纸中的技术要求在焊接完成后进行消除残余应力，如何消除，采用何种消除技术方法是保证支铰钢梁制作质量的关键工序之一。
2振动时效简介
振动时效是利用工件的共振给工件施加交变应力或变形，当附加交变应力与残余应力叠加通过材料内摩擦吸收能量达到或超过材料的某一个阀值时，工件发生微观或宏观粘弹塑性变化，从而降低和均化工件内的残余应力，并使工件尺寸精度达到稳定。
2.1振动时效工艺参数选择及技术要求标准
振动参数选择按照JB/T10375-2002《焊接构件振动时效工艺参数选择及技术要求》进行。
2.2振动时效方案
采用三点支撑方式，各支撑点在距两端长度2/9处进行支撑，激振点位置选取三点，如下图所示，由于钢结构是由多条纵横焊缝焊接成，为了使焊缝区取得更好地时效效果，所以激振力所产生的正弦波应沿着焊缝的方向进行处理，采用多激振点、弯曲、扭曲振型进行时效处理。采用多频率段、多激振力段进行时效处理，并根据工件固有频率状态和工件的共振状态作调整振动时效工艺。
2.3振动时效设备选用
根据工件的重量、结构、刚性、强度等物理指标，选择振动时效设备型号为KL-308-IV型，该设备的电机功率2.2KW，激振力30KN，该设备具有局部扫描、在线打印、多振型时效等先进功能。
3刘家道口支铰钢梁振动时效实施方案和效果
3.1实施准备工作
现场整理和弹垫安放
振动时效处理前应清理出地平，预留出放置橡胶垫弹性支撑和千斤顶与支撑的空间，支铰钢梁水平卧放。弹性垫是振动测试所必须的支撑物。设计四点支撑，每个支撑点用一个弹性垫分别布置在钢梁下方，弹性垫放置完毕后，将钢梁平稳落在弹性垫上。检查被振工件与周围固定物及基础之间应保持100mm以上的安全距离，复查弹性垫与支铰钢梁接触性能与稳定性。必要时弹性垫下面可采用型钢或方木铺垫以保证稳定和基础找平。
安装激振器和速度传感器
将激振器安装在支铰钢梁主振点处，（工件在自由振动时的振幅最大处）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆激振器底座与支铰钢梁刚性连接（必要时可焊接临时座板），并用专用卡具卡紧，然后将偏心调到低档。连接大小四芯线，接通电源，手动使电机缓慢升速，试振5分钟，检查工作是否达到整体共振状态，振幅是否理想，有无共振峰。同时将加速度传感器安装在闸门的波峰处，连接好加速度信号线。
调整激振器档位和确定残余应力测试部位
用内六角扳手伸进偏心调整孔，松开偏心动轮的顶紧螺栓，并顶住动轮以使其不能转动，用另一只内六角扳手旋转偏心轴使偏心轴上的缺口对准所需的偏心档位不动，用扳手拧紧偏心动轮即可。标记出测试部位并编号，所有被测部位不得有涂层、飞溅及污物，被测表面不得用砂轮打磨、锤击。测试部位按焊缝分布情况确定，每条焊缝不少于2处，总测点不少于6点。
3.2现场实施工作
3.2.1无损检测
对重要焊缝进行无损检测，超标缺陷须返修，对非返修的缺陷进行记录。
3.2.2振前测试
按下设备扫描键，系统自动寻找工作的共振峰，待设备自动停机后，打印扫描工艺卡（使工件共振的加速度a、转速n值）及振前a-n曲线，并做好记录。
3.2.3振动时效处理具体步骤
打开绘图仪电源，此时设备进入自检程序，打开控制箱电源，控制箱进入自检程序各显示器应均显示为零，按启动键，机器进入智能工作程序，绘图仪绘制坐标后机器自动启动。
第一步：振前扫频，并在扫频同时跟踪绘制振前工艺曲线及打印参数（如果第一次扫频结束时机器停止工作，说明机器没有找到合适的共振峰，此时应调节工艺参数，即用手动工作模式来调整橡胶垫支撑位置、激振器装卡位置以及加速度计的安装位置）。如需扫频段（即扫频终止转速），按启动键3秒后机器停止扫频进入下一步工作程序（在扫过共振峰后，选择此峰做振动时效处理的工件，可用此项功能）。扫频结束后自动进入振动时效处理工序。
第二步：选用1/3～2/3加速度对应的转速进行时效处理，第一激振点的时效时间设定15分钟，手动缓慢升速，达到需要的转速时，进入定时、定速自动时效状态，储存a-t过程曲线。
第三步：振后扫频，并在扫频同时跟踪绘制振后工艺曲线及打印参数。扫频结束后机器自动停止工作。
3.2.4振后测试
打印时效过程a-t曲线，再次按扫描键，停机后，打印振后a-n曲线。采用盲孔法应力测试仪测试残余应力，并做记录。
3.2.5振后无损检测
对原记录非返修缺陷进行复查，判断其有无扩展。
3.3振动时效效果评定标准和参数曲线观测法
JB/T5926-2005《振动时效效果评定方法》，根据振动时效过程中实时打印的a-t曲线的变化及a-n曲线振动前后的变化评估振动时效的实际效果。
4振动时效效果
通过实际实施效果来看各项指标均达到预期效果，同时委托水利部水工金属结构质量检验测试中心进行了第三方检测，满足技术要求。振动时效消除残余应力的技术，该技术代替传统的热时效和自然时效，有效地降低和均化构件的残余应力，增强结构件抗变形能力，提高结构件的尺寸精度，提高使用强度和疲劳寿命。同时还可以防止构件在使用中出现断裂裂纹，保证了构件的焊接质量，避免了传统热时效对能源的损耗及对环境的污染，效果明显，同时大大的缩短了工程工期。
论文作者:于成斌,朱文博
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/21
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