振動時(shí)效降低再生器焊縫殘余應(yīng)力的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】振動時(shí)效,再生器,焊縫,殘余應(yīng)力,測試

【論文摘要】重油催化裝置再生器器壁焊縫附近多處出現(xiàn)貫穿性裂紋，其原因是應(yīng)力腐蝕開裂。通過振動時(shí)效處理以降低焊縫殘余應(yīng)力，可避免應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生。因容器質(zhì)大體高，采用4點(diǎn)振動，*大主振力，減小附振力，延長振動時(shí)間的處理工藝。測試表明，新焊縫無論在垂直方向還是在平行方向的殘余應(yīng)力均降低了50%以上。大型工件采用振動時(shí)效處理降低焊縫殘余應(yīng)力效果顯*，并可大大縮短檢修工期。一年多以來設(shè)備運(yùn)行正常。

　　 大慶石油化工總廠煉油廠重油催化裝置再生器經(jīng)過5年多的運(yùn)行，容器器壁焊縫附近多處出現(xiàn)貫穿性裂紋。經(jīng)分析和論證其成因?yàn)閼?yīng)力腐蝕開裂。在應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生的3個(gè)因素即操作介質(zhì)、操作溫度和應(yīng)力中，只要控制其中一個(gè)，就不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。根據(jù)再生器運(yùn)行情況，采用降低焊接殘余應(yīng)力方法來避免應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生。若采用常規(guī)電加熱熱處理方法，熱處理溫度很難控制在工藝要求范圍內(nèi)，同時(shí)又受工期限制。

　　 為此對再生器焊縫裂紋采取先挖補(bǔ)焊接消除其原有裂紋，然后再進(jìn)行振動時(shí)效處理，便可降低焊縫殘余應(yīng)力。采用這種方法可降低或均化焊件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，減少焊件變形，防止或減少由于熱處理和焊接產(chǎn)生的微觀裂紋，效果顯*。振動時(shí)效機(jī)理振動消除應(yīng)力實(shí)際上是利用周期性的動應(yīng)力疊加，使局部產(chǎn)生塑性變形而釋放應(yīng)力。振動時(shí)效處理時(shí)，通過激振器對被處理金屬工件施加一個(gè)交變應(yīng)力，如果交變應(yīng)力幅與被處理金屬工件上某些點(diǎn)存在的殘余應(yīng)力之和達(dá)到材料的屈服*限時(shí)，這些點(diǎn)將產(chǎn)生晶格滑移。盡管宏觀上沒有達(dá)到屈服*限，但同樣會產(chǎn)生微觀塑性變形，而且這種塑性變形往往首先發(fā)生在殘余應(yīng)力*大點(diǎn)上，使這些點(diǎn)受約束的變形得以釋放，從而降低殘余應(yīng)力。根據(jù)上述機(jī)理和大量實(shí)踐表明，振動時(shí)效的一個(gè)突出特點(diǎn)是：高應(yīng)力降低的比例大，特別是在應(yīng)力集中處，殘余應(yīng)力降低較快。國內(nèi)研究表明，采用振動時(shí)效降低和均化了焊接殘余應(yīng)力，因而提高了構(gòu)件的抗應(yīng)力腐蝕能力。

　　 振動時(shí)效處理工藝：該重油催化再生器質(zhì)量達(dá)800t以上，由于是現(xiàn)場檢修，整個(gè)塔身固定在地基上，而且設(shè)備高達(dá)50m，*大直徑達(dá)8m(不包括外側(cè)平臺)，*小直徑也有5.2m，如圖1所示(圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為時(shí)效振動儀振動塊的位置)。這是目前我國振動時(shí)效處理的*大設(shè)備，所以不能采用常規(guī)的振動時(shí)效處理方法——用減震橡膠墊將工件與地面分開，以減少振動能量損失，而是采用多點(diǎn)(共分4點(diǎn))振動(見圖1)，加大主振激振力，減小附振激振力，以及延長振動時(shí)間的方法，對其進(jìn)行振動處理。 圖1 再生器結(jié)構(gòu)及激振點(diǎn)位置示意圖

1、激振點(diǎn)的選擇本次振動時(shí)效選用JH-7OOA智能頻譜諧波交流振動時(shí)效裝置，激振點(diǎn)選擇在工件易起振部位。對于長形工件，一般選擇中間或兩端；對于小直徑的筒體工件來說，需在中間選一點(diǎn)。但該再生器*小直徑為5.2m，故選擇對稱三點(diǎn)，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點(diǎn)；選擇Ⅳ點(diǎn)是為了確定更好地消除附近焊縫的殘余應(yīng)力，但在實(shí)際操作過程中選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點(diǎn)已能滿足振動時(shí)效要求。所以，只在*Ⅳ點(diǎn)附近振動了20min。

　　2、振動頻率n振的選擇振動時(shí)效以主振n主為主，附振n附為輔。固有頻率n固振幅峰值的1/3～2/3處對應(yīng)的頻率為振動頻率。實(shí)際操作時(shí)，選n振=n固-100。

　　3、工藝參數(shù)的選擇 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三點(diǎn)的固有頻率接近，所以均采用相同的參數(shù)，見表1。Ⅳ點(diǎn)的振動參數(shù)見表2。表1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點(diǎn)振動工藝參數(shù)主振 主振頻率(r/min) 激振力(%) 振動時(shí)間(min) 3540 70 10 附振 附振頻率(r/min) 激振力(%) 振動時(shí)間(min) 5170 50 20 表2 Ⅳ點(diǎn)振動工藝參數(shù)附振頻率(r/min) 激振力(%) 振動時(shí)間(min) 5280 50 20 焊縫殘余應(yīng)力測試

　　 用振動時(shí)效法處理再生器修復(fù)焊縫后，再采用JH-80三維應(yīng)力分布磁測系統(tǒng)對修復(fù)部位的新焊縫進(jìn)行測試。應(yīng)力測試分別在新焊縫振動前、振動后進(jìn)行，振動前與振動后各取3組數(shù)據(jù)，并分別對其進(jìn)行歸納，得出振前后應(yīng)力變化曲線。兩組曲線對比后，得出新焊縫殘余應(yīng)力在振動前后的應(yīng)力變化。測試結(jié)果如圖2所示，圖中σx、σy分別為新焊縫橫向殘余應(yīng)力和縱向殘余應(yīng)力。 圖2 新焊縫振動前和振動后測試曲線測試結(jié)果表明，新焊縫無論是在垂直于焊縫方向還是在平行于焊縫方向的殘余應(yīng)力在振后都有減小，兩個(gè)方向上的殘余應(yīng)力減小范圍均在50%以上。

　　 結(jié)論： (1)振動時(shí)效處理降低了再生器焊縫殘余應(yīng)力，其減小范圍在50%以上，效果比較理想。

　　 (2)對于大型工件采用振動時(shí)效方法降低焊縫殘余應(yīng)力效果顯*，并大大縮短了檢修工期，該方法對于石油化工領(lǐng)域設(shè)備現(xiàn)場維修具有普遍意義。

　　 (3)一年多來，設(shè)備運(yùn)行正常，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。