振動時效降低再生器焊縫殘余應力的應用

【關鍵詞】振動時效,再生器,焊縫,殘余應力,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貫穿性裂紋，其原因是應力腐蝕開裂。通過振動時效處理以降低焊縫殘余應力，可避免應力腐蝕開裂的產生。因容器質大體高，采用4點振動，*大主振力，減小附振力，延長振動時間的處理工藝。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力均降低了50%以上。大型工件采用振動時效處理降低焊縫殘余應力效果顯*，并可大大縮短檢修工期。一年多以來設備運行正常。

　　 大慶石油化工總廠煉油廠重油催化裝置再生器經過5年多的運行，容器器壁焊縫附近多處出現貫穿性裂紋。經分析和論證其成因為應力腐蝕開裂。在應力腐蝕開裂產生的3個因素即操作介質、操作溫度和應力中，只要控制其中一個，就不會產生應力腐蝕裂紋。根據再生器運行情況，采用降低焊接殘余應力方法來避免應力腐蝕開裂的產生。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，同時又受工期限制。

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

　　 振動時效處理工藝：該重油催化再生器質量達800t以上，由于是現場檢修，整個塔身固定在地基上，而且設備高達50m，*大直徑達8m(不包括外側平臺)，*小直徑也有5.2m，如圖1所示(圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為時效振動儀振動塊的位置)。這是目前我國振動時效處理的*大設備，所以不能采用常規(guī)的振動時效處理方法——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(共分4點)振動(見圖1)，加大主振激振力，減小附振激振力，以及延長振動時間的方法，對其進行振動處理。 圖1 再生器結構及激振點位置示意圖

1、激振點的選擇本次振動時效選用JH-7OOA智能頻譜諧波交流振動時效裝置，激振點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。但該再生器*小直徑為5.2m，故選擇對稱三點，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點；選擇Ⅳ點是為了確定更好地消除附近焊縫的殘余應力，但在實際操作過程中選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點已能滿足振動時效要求。所以，只在*Ⅳ點附近振動了20min。

　　2、振動頻率n振的選擇振動時效以主振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處對應的頻率為振動頻率。實際操作時，選n振=n固-100。

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

　　 用振動時效法處理再生器修復焊縫后，再采用JH-80三維應力分布磁測系統(tǒng)對修復部位的新焊縫進行測試。應力測試分別在新焊縫振動前、振動后進行，振動前與振動后各取3組數據，并分別對其進行歸納，得出振前后應力變化曲線。兩組曲線對比后，得出新焊縫殘余應力在振動前后的應力變化。測試結果如圖2所示，圖中σx、σy分別為新焊縫橫向殘余應力和縱向殘余應力。 圖2 新焊縫振動前和振動后測試曲線測試結果表明，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力在振后都有減小，兩個方向上的殘余應力減小范圍均在50%以上。

　　 結論： (1)振動時效處理降低了再生器焊縫殘余應力，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效方法降低焊縫殘余應力效果顯*，并大大縮短了檢修工期，該方法對于石油化工領域設備現場維修具有普遍意義。

　　 (3)一年多來，設備運行正常，各項技術指標均達到設計要求。