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基于振动时效的岔管焊接应力消除技术应用.pdf
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1、DOI:1016617/jcnki11-5543/TK20240305基于振动时效的岔管焊接应力消除技术应用王梓任 乔桂鑫 陈 乐(北京金河水务建设集团有限公司,北京 102206)【摘 要】钢岔管大型构件焊接会产生较大的残余应力,从而影响钢构件的使用寿命。文章以南水北调大兴支线工程钢岔管为试验构件,采用 VSR-80 型多功能便携式振动消应系统对岔管进行了振动时效处理。结果表明,该技术操作简便,具有节能高效、环保便捷的特点,岔管振动时效处理后残余应力平均降低率达 35 7%。该技术为水利工程中大型钢结构焊接残余应力消除提供了重要的技术指导,有助于提高工程结构的安全性和可靠性。【关键词】大型构
2、件;振动时效;残余应力;应力消除中图分类号:TV547 6 文献标识码:B 文章编号:1673-8241(2024)03-021-05Application of Branch Pipe Welding Stress Relief Technology Based onVibratory AgingWANG Ziren,QIAO Guixin,CHEN Le(Beijing Jinhe Water Construction Group Co,Ltd,Beijing 102206,China)收稿日期:2024-01-15作者简介:王梓任(1985),男,本科,高级工程师,从事水利施工工作。Ab
3、stract:Welding of large steel branch pipe components can generate significant residual stress,affecting the service lifeof steel components.This paper takes the steel branch pipe of the Daxing Branch of the South-to-North Water DiversionProject as the experimental component and uses the VSR-80 type
4、multifunctional portable vibration stress relief system forvibratory aging treatment of the branch pipe.The results show that this technology is simple to operate and features energyefficiency,environmental friendliness,and convenience.After vibratory aging treatment,the average reduction rate ofres
5、idual stress in the branch pipe reached 35 7%.This technology provides important technical guidance for theelimination of welding residual stress in large steel structures in water conservancy projects,contributing to the improvementof the safety and reliability of engineering structures.Key words:l
6、arge components;vibratory aging;residual stress;elimination of stress 大型钢管作为水利工程的主要建筑构件,被广泛应用在南水北调、东水西调等重大专项项目中1。但是由于该类大结构钢管一般采用焊接作为主要加工方法,热源集中在焊缝处加热,因而造成焊件上温度分布不均匀,最终导致在焊接结构内部产生了焊接变形与焊接应力2-4。应力的存在直接影响着整个焊接结12构的质量。尤其是当残余应力的数值达到上限时,钢材会发生变形或者断裂5-6。因此,如何降低或消除因焊接产生的残余应力是水利工程要解决的一个重要问题。为解决上述问题,本文以南水北调大兴支
7、线工程钢岔管为试验构件,分别进行两次激振处理,基于VSR-80 型多功能便携式振动消应系统开发岔管焊接应力消除技术,对振动时效后的构件进行残余应力消除,从而延长钢岔管的使用寿命,避免因残余应力的存在而产生较大的结构变形。1 工程概况南水北调配套大兴支线供水工程,紧邻北京大兴机场,建设目的是为北京新机场水厂提供双水源通道,增加一条南水北调中线水源进京通道。工程主要内容为顶管内穿钢管施工。施工线路长 2 2km,双线布置,沿线设置 4 座永久排气阀井,阀井间采用钢岔管将上下游钢管与排气阀连接。钢岔管为 T 形三通,单重 量 9 5t,长 度 3150mm,管 径 1800mm,壁 厚16mm;正腰
8、梁及斜腰梁壁厚 36mm,腰梁连接柱直径120mm,岔管材质为 Q345R(见图 1、图 2)。图 1 钢岔管结构2 振动时效消应2 1 振动时效处理对金属构件的作用振动时效处理是对具有残余应力的金属构件进行图 2 钢岔管现场工装振动处理,使构件在共振频率下振动。当激振器产生的动应力与构件上各点的残余应力叠加后,应力大于等于材料的屈服极限,则在该点出现局部的塑性变形,因而应力得到释放。所以振动时效处理从原理上来说,就是降低构件内的残余应力。应力降低的水平与构件内的残余应力大小及激振器产生的动应力有关,动应力大则消除应力的效果高,动应力小,消除应力的效果低。振动时效处理既然可以降低应力,就必然可
9、以消除或降低残余应力对构件的影响。其作用有如下几方面:一是降低和均化应力,消除应力集中,防止裂纹。因为振动过程中残余应力大的点首先屈服,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。二是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,即有可变性。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,通过振动时效处理使应力降低和均化,能够防止或减少变形。三是提高焊接构件的疲劳寿命,增加使用周期。大量的实验和实践证明,振动时效处理可使焊件的疲劳寿命提高 50%以上,使用寿命提高
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