水工鋼閘門大多為大型焊接件，焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的焊接殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在會(huì)影響閘門的尺寸穩(wěn)定和材料的機(jī)械性能，以往消除焊接殘余應(yīng)力的主要方法有熱處理時(shí)效和自然時(shí)效。但兩個(gè)方法都不適用于鋼閘門大型構(gòu)件。本文采用振動(dòng)時(shí)效方法消除平面鋼閘門的殘余應(yīng)力，介紹了振動(dòng)時(shí)效工藝流程。
振動(dòng)時(shí)效處理工藝流程
采用JH-700A智能頻譜交流振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，主要由主機(jī)、激振器、加速度傳感器、夾具、橡膠減震墊、連接電纜等組成。采用高速變頻伺服電機(jī)，融合了頻譜諧波和亞共振技術(shù)，適用于高剛性和高固有頻率零件的殘余應(yīng)力消除。
支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)的選擇
支撐點(diǎn)的選擇應(yīng)以工件主振頻率的振型為參考，激振器夾持在工件的振峰處，支撐點(diǎn)盡可能選擇在振動(dòng)的波節(jié)處（即振動(dòng)值*小處），傳感器應(yīng)放在遠(yuǎn)離激振器的另一波峰處。以下是各種類型工件支撐點(diǎn)的位置選擇。
梁型工件
梁型工件是指長(zhǎng)度大于寬度的工件，如閘門主梁、行車大梁等。這類工件在主振頻率上為彎曲振型，一般選擇兩點(diǎn)支撐，每一點(diǎn)用兩個(gè)橡膠墊塊，分別位于距離兩端2/9L處。激振器通常放在中間，或放在梁的兩端，傳感器必須遠(yuǎn)離激振器。
環(huán)形工件
環(huán)形工件的主振振型，一般是沿周邊的環(huán)狀波動(dòng)彎曲振型，其節(jié)線數(shù)量為3的整數(shù)倍，因此支撐可按三點(diǎn)均勻分布120°分布，激振器安裝在任意兩點(diǎn)之間，傳感器位于遠(yuǎn)離激振器的波峰處。
矩形工件
矩形工件隨著長(zhǎng)寬比的不同，其主振振型有彎曲振型和扭曲振型兩種。一般長(zhǎng)寬比較?。唇咏较颍┑墓ぜ髡裾裥屯ǔ榕で裥?，其支撐點(diǎn)為3點(diǎn)。
而長(zhǎng)寬比較大即長(zhǎng)方形的工件，主振振型通常為彎曲振型，其支撐點(diǎn)為四點(diǎn)。
某水庫(kù)平面鋼閘門就采用后一種形式，激振器用夾具夾持在主梁的后翼緣板上，激振器底座與工件應(yīng)緊密接觸，如果工件表面太粗糙，應(yīng)用砂輪打磨平整。
傳感器安裝一定要穩(wěn)固牢靠，與磁性座接觸的工件表面要打磨平整，以吸合后手感無(wú)晃動(dòng)和不易取下為準(zhǔn)。
振動(dòng)頻率和振幅的選擇
每一種金屬結(jié)構(gòu)件都有幾種不同陣型的共振頻率，這與構(gòu)件本身的形狀、重量、材質(zhì)等因素有關(guān)。振動(dòng)時(shí)效設(shè)備能夠在一定頻率范圍內(nèi)通過(guò)試振掃頻檢測(cè)出不同陣型的數(shù)個(gè)共振頻率，并選擇最低的共振頻率為主振頻率。
時(shí)效處理的振動(dòng)一般選擇在亞共振區(qū)，亞共振區(qū)即共振峰值前沿對(duì)應(yīng)*大振幅的1/3-2/3處，亞共振區(qū)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)件造成任何疲勞損傷，相反還會(huì)提高工件的疲勞壽命。頻率和振幅的選擇都是由控制器自動(dòng)完成的。
激振力的確定
激振力的大小是通過(guò)工件承受動(dòng)應(yīng)力值大小來(lái)衡量，是振動(dòng)時(shí)效工藝的一個(gè)重要參數(shù)，主要通過(guò)改變激振器偏心輪的偏心距來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)得的加速度值間接反映激振力的大小，一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)應(yīng)力大則相應(yīng)的加速度也大，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)件在時(shí)效處理時(shí)對(duì)動(dòng)應(yīng)力的要求也不一樣。
激振時(shí)間的確定
在振動(dòng)時(shí)效處理過(guò)程中，隨著殘余應(yīng)力的降低和均化，工件的共振頻率及振幅等均隨之變化，當(dāng)殘余應(yīng)力的降低和均化過(guò)程完成后，這些數(shù)值也隨之穩(wěn)定，時(shí)效過(guò)程也隨之結(jié)束。
時(shí)效效果的分析和判斷
振動(dòng)時(shí)效的評(píng)定依據(jù)是GB/T25713-2010《振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)定方法》。根據(jù)振動(dòng)時(shí)效過(guò)程中打印的A-T曲線或振后掃頻A-N曲線相對(duì)于振前掃頻曲線的變化來(lái)檢測(cè)和判斷，出現(xiàn)下列情況之一，即可判斷工件已達(dá)到時(shí)效效果。
振幅時(shí)間（A-T）曲線上升后變平
時(shí)效期間，隨著殘余應(yīng)力的釋放或變化，工件的振幅不斷變化，一旦這種變化停止，說(shuō)明殘余應(yīng)力不再釋放或變化，即已達(dá)到時(shí)效目地。殘余應(yīng)力的變化過(guò)程在曲線上表現(xiàn)為振幅上升段，當(dāng)振幅平穩(wěn)后即表明時(shí)效過(guò)程已完成。
振幅頻率（A-N）曲線振后的比振前的峰值升高
在時(shí)效過(guò)程中由于殘余應(yīng)力的釋放，作為約束力的殘余應(yīng)力變化使工件剛性發(fā)生變化或減小，從而使振幅增大。
振幅頻率（A-N）曲線振后比振前的峰值點(diǎn)左移
由于應(yīng)力的釋放，工件的剛性降低而使其共振頻率降低。
振幅頻率（A-N）曲線振后比振前的帶寬變窄
由于時(shí)效過(guò)程中殘余應(yīng)力變化使剛性降低，工件的共振變得較容易，則頻帶變窄。
若時(shí)效過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)曲線和參數(shù)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有出現(xiàn)其中任何一種變化，則說(shuō)明工藝參數(shù)需進(jìn)一步調(diào)整，直到出現(xiàn)正常效果。
總結(jié)
振動(dòng)時(shí)效處理在水庫(kù)雙扉平面閘門的應(yīng)力消除處理中發(fā)揮了良好作用，由于雙扉閘門尺寸精度要求加高，水封座板加工面積較大，在閘門整體焊接后進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，以保證加工后閘門尺寸的穩(wěn)定。通過(guò)比較加工后和安裝前的檢測(cè)尺寸，各項(xiàng)尺寸均保持穩(wěn)定。目前水庫(kù)的16扇雙扉閘門運(yùn)行8年后狀況依然良好，未出現(xiàn)因尺寸不穩(wěn)定造成的功能缺陷，收到業(yè)主的好評(píng)，同時(shí)也體現(xiàn)了振動(dòng)時(shí)效技術(shù)操作簡(jiǎn)單、投資少、環(huán)保節(jié)能等特點(diǎn)，特別適用于說(shuō)工鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力消除處理，值得在水利行業(yè)大力推廣。
