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不锈钢管道振动时效消除应力方案

2021-08-29 16:13 已有人浏览
化工管道消除焊接应力振动时效处理
前         言
 
化工管道采用管道材料为不锈钢,管长为4.5米,重量大概为300kg,由于前期试生产过程中从管子焊接处发生爆裂,经专家对爆裂处分析评估,焊接残余应力应是发生爆裂的原因之一,根据技术部门的要求,按照生产管道参数焊接一段管道对其进行焊接残余应力监测,并做振动时效处理,处理后再做一次焊接残余应力监测,给出振动时效结果及振动时效前后残余应力检测等相关参数。
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,即可变型。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和裂纹。
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300%以上,提高使用寿命3倍以上。
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。
二、化工管道采用管道振动时效处理
化工管道采用管道是在地面平台上焊接好的,完全按照前期生产管线条件焊接的,根据管线的几何形状和现场环境的情况,采用自动振动的的方法进行时效前扫描、振动时效处理和振动时效后扫描等工艺,
1、化工管道基本参数
管长为4.5米,重量大概为300kg,。(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:设备选用液晶显示消除应力设备;
    3.支承方式:化工管道主线水平放置,管道下方用三个橡胶垫支撑,每两个橡胶垫之间约2米,试振时适当调整橡胶垫位置到振幅小的振动节处。以便振动效果最佳。
4.激振点:根据管道的结构形式,选管道大法兰接口端为第一激振点,激振器安装法兰接口外部,安装点两边用两块5mm厚钢板垫平法兰平面保护法兰安装面,用卡具把激振器和卡具刚性卡住。实行20分钟的振动时效后,同样办法在另一端小法兰上安装激振器,用卡具卡住为第二激振点。再振动20分钟(见附图片一、二、三)
5.拾振位置:拾振器安装在管道90度弯头处侧面(见附照片)。
6.激振器偏心:液晶振动时效设备,偏心为“0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: 20分钟。
三、振动处理监测曲线与分析
2个激振点在振动处理时分别给出了2组振动处理监测曲线(见表一)。
表一: 处理参数监测曲线
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9G以上,针对管道构件90度弯处传感器显示,所传递的激振力均达9G以上,说明共振效果良好,振动成功。
从振动处理监测曲线(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,观察我们对不锈钢焊接管道振动时效处理时获得的2组频率和振幅的变化图线,可以看出:
不锈钢焊接管道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
根据不锈钢焊接管道振动时效处理监测均符合国家机械行业标准JB/T5926-2005中的有关规定,因此可以认为不锈钢焊接管道消除焊接应力达到了要求。
2、结论:
不锈钢焊接管道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。

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