小吊基座振動消應力及殘余應力測試
編輯：2021-05-25 14:29:46
小吊基座結構振動時效應力處理工藝實施方案
一、前 言
振動時效是采用共振的原理——即在激振器的周期性外力的作用下，當所施加給工件的動應力大于或等于材料的屈服極限即工件與激振器的頻率相疊加時產生共振，這時在共振狀態下，就會使工件內受約束的分子發生位錯滑移，而使一大部分殘余應力得到釋放，余下的部分殘余應力經過二十至四十分鐘的調整部分處于均化狀態。振動時效可以使殘余應力降低或均化，高應力區降低的比例要大一些，振動時效具有生產周期短、無環境污染、節約生產成本、工件尺寸精度穩定性好等諸多優點。
振動時效技術目前在國內已建和在建海洋鉆井平臺升降基礎項目中得到了廣泛的應用，由于海洋鉆井平臺升降基礎的整體結構都比較大、噸位重，在施工中要按照傳統加熱時效辦法是無法完成這些大型結構的時效處理工序的。經過我校工程力學系結構試驗室的科技人員的多年實踐，加上工程項目單位的大力配合，近十余年來先后對上海外高橋造船海洋工程有限公司建造的JU2000E型鉆井平臺升降基礎座，大連造船海洋工程有限公司建造的JU2000系列鉆井平臺升降基礎座，南通振華重型裝備制造有限公司建造的振海3號、4號、5號、6號及寶恒抬升NCA1396號鉆井平臺升降基礎、山海關造船重工有限責任公司建造的CJ50-01\02\03\04號海洋鉆井平臺上下基礎座進行了振動時效應力處理及現場的振動時效技術服務，同時經過振動時效前后的應力檢測，應力的效果遠遠的大于國家標準的要求，取得理想的工藝效果并得到船東和船檢的認可。
二、振動時效處理工藝的實施
1、使用設備：VSR-20Y型振動時效儀
該設備具有真彩液晶顯示動態振動時效處理參數并實時打印參數曲線圖。該設備構件的殘余應力范圍在30%-80%。根據工件的應力大小，剛性的強與弱應力的多少有所不同，N829小吊基座結構應力的范圍在：50%左右。余下的應力呈現平衡狀態，在使用過程中不會產生變形和開裂等現象，達到穩定尺寸不變形的目的。
2、N829小吊基座結構的支撐、激振器裝卡、拾振器的位置
N829小吊基座結構外形尺寸5400×5400×1715mm，重量約21噸。進行振動時效應力處理時，在生產現場即可實施，首先需將小吊基座整體在現場吊裝到地面，將小吊基座結構的下表面與地面接觸的部分用枕木支撐使小吊基座結構與地面隔離以避免在振動處理時振動力的損耗，使小吊基座結構與地面彈性支撐，支撐物為枕木，支撐點為三點，支撐原則為將三塊枕木擺成圓形均勻的放置在地面上使之各成120度角，把小吊基座結構吊裝平穩的放在枕木上即可。激振器牢固的裝卡在小吊基座結構的易起振的波峰處，以牢固為原則，拾振器吸附在遠離激振器位置的另一端。(根據工件的形狀可能做簡單的工裝，此情況技術人員到施工現場看過被振動的工件實物后而定）
3、小吊基座結構的振動處理
用VSR-20Y型振動時效儀的全智能功能控制振動電機，當電機的轉數與小吊基座結構的固有頻率大致相等時，小吊基座結構的整體即會發生共振，當振動電機所施加給構件的動應力大于等于材料的屈服極限時，構件的殘余應力即可得到一定程度的釋放。振動時，振動電機的偏心選擇一個合適的偏心量，由控制器控制電機轉動，當發生整體諧振時，也就是構件進入了共振狀態，經過三十分鐘的振動處理即可使構件的殘余應力得到釋放，經過振動后的構件所余下的部分殘余應力小于材料的屈服極限時，構件的抗變形能力即會得到大幅的加強與提高。
為保證小吊基座的振動時效處理效果，此次振動采用兩次振動的方式，既一次30分鐘振動時效處理完成后，將激振器移到另一波峰處再進行15分鐘的輔助振動時效處理來完成整個工藝過程。
4、振動時效的特性曲線
振動時效處理實施時，振動時效設備按照振動時效工藝的設計要求可以繪制振動過程中的特性曲線，振動時效開始時會自動記錄構件振動時效前的頻率、振幅曲線，然后根據具體參數值進行自動選擇進行振動處理，經過一定周期的振動處理，構件內的殘余應力會充分的釋放，阻尼降低，使構件的振動數據值逐漸的處于穩定狀態，振動完成后還要自動繪制振動處理后的特性曲線，因為構件經振動處理后，由于殘余應力的下降，構件的振動前后的參數值會相應的發生變化，這也符合振動時效的國家標準要求。
三、小吊基座結構的效果檢測
1、應力檢測法
構件的應力效果目前檢測比較方便快捷就是盲孔法。即用直角應變片（型號：BE120-2CA-K)在焊縫附近鉆孔測試，鉆孔直徑￠2mmｘ2mm的盲孔，由于鉆孔后所產生不同的應變數據，用該數據代入公式即可計算出該測點的殘余應力值，一般測點選擇6點，振動后需在振前的測點附近選擇測點進行振動后的數據測試，由此得到構件的應力數值，國家的標準規定，焊接構件的應力率達到30%以上即為合格。（因為現在國家有相關的工藝標準頒布實施，此法現在基本不用）
2、振動時效效果評定
利用設備打印的參數曲線的變化情況對照振動時效國家標準看振動時效效果。依據的標準：JB/T10375-2002 GB/T25712-2010
四、小吊基座結構的現場工作開展及振動準備
1、合作的雙方達成合同意向后應提前3-5天通知協作單位進行準備并及時安排設備儀器的發運和人員按時入場。
2、委托方應提供220V的供電電源，負責小吊基座結構的吊裝。
3、委托方協助制作簡單的工裝以便于裝卡激振器（如需要）。
4、協助將施工設備接運至工作現場。
五、合同簽訂及檢測報告
1、合同簽訂由大連拓達科技有限公司簽訂并出具發票（如需要開發票）。
2、全部項目完工后，將振動時效全部工作過程及小吊基座結構應力情況以報告的形式交付給委托方，
大 連 拓 達 科 技 有 限 公 司
附：施工設備圖片
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