振动时效报告

构件振动时效处理报告单
纽威48寸全焊接球阀
消除焊接应力的振动时效处理
前言
苏州纽威阀门股份有限公司生产的48BWP6球阀门。

根据设计部门的要求，需对阀门进行时效处理，用以消除焊接应力。

由于该球阀是将密封材料装好后在进行外部环焊缝焊接，需焊后进行时效处理。

经该公司相关部门研究决定委托大连理工大学采用振动时效进行处理并进行振前、振后残余应力检测，经与大连理工大学相关技术人员共同探讨，认为方案可行，并于2010年6月对该球阀实施振动时效处理和残余应力检测。

一、振动时效处理对金属构件的作用
振动时效是对具有残余应力的金属构件进行振动处理，使构件在共振频率下产生振动。

其原理是将一个具有偏心重块的电机系统（称做激振器）安放在构件上，并将构件用弹性物体支撑，通过控制系统控制变频电机的转数输出动应力产生一定的频率与被振构件频率相等时产生共振，经20-50分钟的振动处理，当这个动应力与构件上各点的残余应力相叠加后，大于材料的屈服极限，则在该点出现局部的塑性变形，因而应力得到释放。

所以从原理上来说，降低构件内的残余应力。

应力降低的大小与构件内的残余应力大小有关，应力大则消除应力的效果高，应力小，消除应力的效果也低。

振动时效可以降低应力是显而易见的，其作用有如下几方面：
①降低和均化应力，消除应力集中区，防止裂纹。

因为振动过程中残余应力大的点首先进入屈服，所以高应力点下降的比例大，使应力均化程度高，从而降低应力集中而防止裂纹。

②减少或防止构件变形
构件的变形是由于残余应力特点造成的，因为残余应力的分布和量值具有很大的随机性，分布不均且量值差别太大，所以容易产生变化，即可变性。

残余应力的变化，必然使构件产生变形，因此在使用前或安装前，通过振动时效使应力降低和均化，必然防止或减少变形。

③提高焊接构件的疲劳寿命，增加使用周期
通过大量的实验和实践证明，振动时效可提高焊件的疲劳寿命50%以上，提高使用寿命0.5~1倍。

由于振动时效的上述作用，使该项技术得到厂矿企业和国家的重视和认可，1991年制定了国家行业标准JB/T5928.91，并在1993年被国家科委批准为“国家级科技成果重点推广计划”项目，在全国普及推广。

在冶金行业，本钢和鞍钢在转炉壳体和托圈上应用最早，第一次振动时效处理的壳体至今还在应用，为企业节省大量资金。

可以说，实践证明振动时效在冶金构件上的应用，优于原先采用的喷油热时效。

二、纽威48寸全焊接球阀振动时效处理
纽威48寸全焊接球阀是在地面平台上焊接好的，但由于密封材料已填装好的，采用别的时效方法会对密封材料性能产生影响，用振动时效是最佳的选择，根据球阀的几何形状和现场环境的情况，决定采用手动振动时效加之记录加速度幅值变化的方法来处理。

1、48寸全焊接球阀基本参数
48寸全焊接球阀主要为80-120mm厚板焊接构成，（参考附图、附施工现场图片一）
2、振动时效工艺参数的选择
消除应力设备：设备选用ZNVSR-04型振动消除应力设备；
3．支承方式：48寸全焊接球阀水平放置，沿阀门两侧顺长用两根30×30×300cm的方木平放支承，两方木的平行距离为90cm四周悬空。

4．激振点：根据48寸全焊接球阀的结构形式，选球阀接口外侧顶部为第一激振点，激振器安装接口外部边缘，安装点上下用两块400×150×（10-40）弧形钢板保护阀门安装面，保护板与阀体接触部用0.2mm 铜皮隔离保护阀体接触面，用卡具卡住。

同样办法在另一接口处外侧激振器安装接口外部边缘，用卡具卡住为第二激振点。

（见附图片一、二、三）
5．拾振位置：拾振器安装在激振器侧接口处的底部（见附照片）。

6．激振器偏心：数码振动时效VSR-04型设备，偏心为“12档”。

7．激振频率：通过扫频由观测数据选择共振峰，处理时可由加速度辐值来控制。

8．每激振点处理时间： 50分钟。

三、振动处理监测数据与分析
2个激振点在振动处理时分别给出了2组振动处理监测数据（见表一）。

表一: 处理参数记录表
表一
每一激振点振动处理记录数据显示，所对应拾振器所显激振力均达到4G以上，针对100mm厚阀门构件，所传递的激振力均达4G以上，说明共振效果良好，振动成功。

从振动处理监测跟踪数据（见附表一）分析，根据JB/T5926-2005机械行业标准的规定，监测数据中出现下述三种情况之一，即认为振动处理达到了效果；
其一，时间振幅曲线数据[G（T）]，随着时间在发生变化，即上升型、下降型均可（可由曲线指示或数字显示读数均可）。

其二，幅频特性曲线的对比，振后曲线峰值升高。

其三，幅频特性曲线的对比，振后曲线峰线左移即频率下降（可由曲线观察或上面数字显示看出）。

根据上述有关规定，观察我们对48寸全焊接球阀振动时效处理时获得的2组频率和振幅的变化数据，可以看出：
48寸全焊接球阀两个激振点的振幅随着振动时间的延长，振幅均呈上升型。

四、结论与分析：
1、振动曲线分析
根据48寸全焊接球阀处理数据均符合国家机械行业标准JB/T5926-2005中的有关规定，因此可以认为48寸全焊接球阀消除焊接应力达到了要求。

2、结论：
纽威48寸全焊接球阀采用振动时效工艺在消除应力上是合格的，达到了国家标准。

图片一纽威阀门振动处理现场
图片二纽威阀门振动处理现场
图片三纽威阀门振动处理现场
五、48寸全焊接球阀振动时效前后残余应力检测
为了检测振动时效在消除应力方面的效果，我们采用盲孔法对球阀进行振动时效前、后的残余应力检测，在振动处理前，分别选择在两条焊缝附近均匀选出12点（如图片四），每点贴两片应变片分别用做振前、振后的残余应力检测。

经振动时效前、后各12个点的检测，得出残余应力测试结果数据见表二。

图片四残余应力测试现场图片
表2: 残余应力测试数据表单位：MPa
材料物理参数：
E:0.21GPa
u:0.3
测试工艺参数：
孔径a:1.0mm
r1:2.0mm
r2:4.0mm
测量数据:
************************************
1: -376 -283 -113 -196 -137 -73
2: -349 -264 -192 -201 -162 -97
3: -383 -296 -160 -184 -172 -84
4: -310 -267 -251 -193 -142 -110
5: -311 -268 -212 -179 -171 -82
6: -342 -217 -194 -198 -142 -99
7: -363 -203 -144 -184 -162 -87
8: -309 -262 -200 -165 -146 -94
9: -375 -215 -143 -201 -101 -81
10: -336 -271 -204 -190 -181 -96
11: -351 -307 -208 -182 -163 -82
12: -368 -262 -174 -179 -172 -67
************************************
计算结果:
-------------------------------------------------------------------
σ1(MPa)σ2(MPa)θ(度)
测点 ---------------------- --------------------- -------------
振前振后消除率% 振前振后消除率% 振前振后-------------------------------------------------------------------
1: 383.06 203.95 46.8 248.88 143.68 42.3 -8.16 -1.16 2: 388.14 218.80 43.6 311.00 166.31 46.5 2.37 -7.02 3: 406.76 203.92 49.9 294.97 142.42 51.7 -6.20 -18.62
4: 378.38 216.63 42.7 346.61 174.94 49.5 12.30 6.45 5: 362.38 199.58 44.9 313.49 137.71 56.1 -3.74 -19.93
6: 390.34 216.35 44.6 302.34 167.46 44.6 17.29 3.74 7: 386.64 202.17 47.7 268.56 148.05 44.9 12.38 -14.33
8: 355.83 186.52 47.6 301.96 148.19 50.9 -3.92 -12.46
9: 395.45 217.52 45.0 273.96 146.91 46.4 10.39 16.85
10: 381.24 214.39 43.8 316.60 155.21 51.0 -0.43 -19.48
11: 398.71 199.39 50.0 323.69 141.78 56.2 -10.52 -15.90
12: 397.91 195.39 50.9 302.52 122.52 59.5 2.65 -20.59
-------------------------------------------------------------------
平均: 385.40 206.22 46.5 300.38 149.60 50.2 / /
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结论与分析：
使用ZNVSR-04型振动消除应力设备,第一次时效,击振力12档,转数6322第二次时效,击振力12档,转数6382
①从表一.阀门通过振动时效在处理过程中其加速度幅值的变化可以看出在第一次时效(图片一)均随着时间的增加而加速度幅值发生变化0.5-5分钟加速度幅值变化的很快/5-14分钟加速度幅值有一定的变化,14分钟以后加速度幅值变动较小了，30分钟后加速度幅值趋于稳定了，而在第二次振动时效在处理过程中其加速度幅值的变化相对较小(图片二)可以看出在第一次振动时效完成后残余应力就趋于稳定了,说明在经过50分钟时效处理,残余应力下降和均化稳定，完全符合“标准”中关于振动时效技术效果的要求。

②从表二可以看出,测试数据非常均匀整齐，振动处理前主应力为385.40.MPa，而振动处理后主应力为206.22 MPa，消除率为 46.5 %，超过标准要求。

这次VSR处理是合格的。