水電鋼閘門在焊接制造過程中，焊接點處會產(chǎn)生較高的溫度，這些結(jié)構(gòu)點會因為溫度變化引起材料發(fā)生物理變化，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而促使其結(jié)構(gòu)發(fā)生不穩(wěn)定的變化。常用的殘余應(yīng)力消除方法有熱時效、振動時效、超聲波時效，因水工鋼鋼結(jié)構(gòu)閘門制造外形尺寸較大，需采用振動時效工藝消除應(yīng)力。本文主要是研究分析振動時效工藝在水電鋼閘門制造中的應(yīng)用，從工程實踐中總結(jié)一套切實可行的方法。
水電鋼閘門及采用設(shè)備介紹
某公司承制泄洪系統(tǒng)閘門設(shè)備，該系統(tǒng)由五個表孔和一個底孔組成，總工程量約2000噸。閘門設(shè)備主要分為門葉、支臂和支鉸三大部分，最大單元重量約為30噸，最大板厚達55mm。焊接要求高、焊接變形大，主要技術(shù)偏差在0.5-1.0mm之內(nèi)，需要對弧面進行機械加工，并需采取有效措施消除焊接應(yīng)力。
設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JH-700A智能頻譜交流振動時效設(shè)備，采用高速變頻伺服電機，激振力大，消除率高。一鍵式操作，智能控制，功能齊全。
振動時效工作原理
振動時效工藝就是通過振動，使工件內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動應(yīng)力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。
通過振動時效消除殘余應(yīng)力可以有效地加強工件的結(jié)構(gòu)強度，增加工件在使用過程中的穩(wěn)定性和尺寸精度，使工件更好地滿足工作所需的精度要求。與傳統(tǒng)的熱處理時效釋放殘余應(yīng)力相比，振動時效的消除率更高、更環(huán)保、節(jié)能、省時、節(jié)約成本。
振動時效工藝應(yīng)用
振動時效工藝參數(shù)的選擇
表孔弧門門葉分6節(jié)，長度為13.48米，高度約為1.68米，最寬約為3.4米，屬于梁型件，單節(jié)重量在10-28噸之間。
支臂分4個單元件制造，長度約為13.4米，高度1.3米，寬度1.0米，屬于梁型件，單節(jié)重量約25噸。
根據(jù)門葉及支臂結(jié)構(gòu)的特點，及多次反復(fù)試振，確定了如下工藝參數(shù)：
支撐方式：底部四點支撐，支撐件為枕木
激振點：激振器安裝在門葉面板和支臂翼板上，用卡具卡緊。
施振位置：門葉在支撐點之間，焊接應(yīng)力較為集中及后續(xù)使用時載荷集中部位：支臂在端部處。
激振頻率：例如：第2節(jié)發(fā)生振動時效時產(chǎn)生了一個共振峰，在3100轉(zhuǎn)/分，通過加速度幅值來操控。
處理時間：20-30分鐘。
振動時效工藝曲線分析
圖1 門葉和支臂振動時效處理曲線
從門葉、支臂處理時獲得的曲線可看出：
振幅時間A-t，曲線上升后變平；振幅頻率A-f，曲線峰值振后的比振前的高、峰值點振后的比振前的向左偏移、帶寬振后的比振前的窄、共振峰有產(chǎn)生裂變。表示應(yīng)力消除的較為明顯。
總結(jié)
采用振動時效工藝消除水電鋼閘門殘余應(yīng)力，并對振動前后尺寸進行檢測，發(fā)現(xiàn)其各項尺寸并沒有發(fā)生變化，相對穩(wěn)定。結(jié)果表明，振動時效工藝可用于水電閘門的殘余應(yīng)力消除，且振動時效工藝可有效的提升工件穩(wěn)定性、尺寸精度。
