石油鉆機大型焊接件振動時效工藝研究

鉆機制造過程中會有許多大型焊接件，如，井架片段、井架底座、機房底座等。由于工作環(huán)境條件惡劣，工件在工作過程中，多次出現(xiàn)基本尺寸發(fā)生變化、斷裂裂紋等情況。開裂部位多發(fā)生在焊縫焊接處及熱影響區(qū)，除材料本身特性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力等原因外，我們認(rèn)為工件基本尺寸發(fā)生變化，產(chǎn)生裂紋的主要原因是焊接應(yīng)力產(chǎn)生的。為了消除焊接應(yīng)力，就必須對這些工件進行時效處理。如果采用自然時效，需要數(shù)月甚至幾年的時間才能完成，產(chǎn)品生產(chǎn)周期特別長；如果采用熱時效，則建熱時效爐投資巨大，并且要消耗大量能源。因此，決定采用振動時效方法對大型焊接件進行消除殘余應(yīng)力，本文主要對振動時效工藝參數(shù)進行了研究。

振動時效工藝研究

正確選擇工藝參數(shù)才能獲得良好的時效效果，下面針對公司生產(chǎn)的40LDb型石油鉆機大型焊接件-井架下座的振動時效工藝參數(shù)進行研究。

支撐點、激振點、拾振點的選擇

一般來說，支撐點、激振點、拾振點的位置應(yīng)根據(jù)工件的幾何形狀選擇，支撐點應(yīng)選在波節(jié)處，激振點和拾振點應(yīng)選在波峰處。

W型石油鉆機井架下座長9265mm，寬2400mm，高1425mm，長與寬之比等于3.86大于3，長與高之比等于6.5大于5，即可認(rèn)為該工件是梁型，其振動為彎曲振型。因此，橡膠墊四點應(yīng)支撐在距兩端2/9處，即2060mm處，激振器應(yīng)用弓形卡欄固定于井架下座的中間一側(cè)，加速度計用永磁鐵固定在井架下座原理激振器的一個角上。

激振頻率測定

激振頻率應(yīng)選擇在共振峰的前沿，即接近共振峰的壓共振區(qū)內(nèi)，這樣可以避免工件的硬化、軟化和疲勞損壞，并且振動效果穩(wěn)定。啟動激振器，使它從起始轉(zhuǎn)速自動升速，測繪振幅-頻率特性曲線。從曲線上可以看出有兩個共振頻率，一個是3520轉(zhuǎn)/分，加速度值為2.6g，另一個是5900轉(zhuǎn)/分，加速度值為2.8g。因為兩個共振頻率的加速度幅值相差不大，我們根據(jù)噪音低，防止設(shè)備高負(fù)荷運轉(zhuǎn)兩個方面的原因，選擇第一個共振頻率，為了保證在亞共振區(qū)內(nèi)進行激振，我們選擇3515轉(zhuǎn)/分為激振頻率。

激振力的調(diào)整

改變激振力的大小，是通過改變激振器的偏心距來實現(xiàn)的。也就是說，通過改變激振器的偏心檔位來實現(xiàn)。經(jīng)過反復(fù)試驗，我們發(fā)現(xiàn)將激振器的偏心檔位設(shè)置在第四檔井架下座能獲得zui為理想的振動時效處理效果。

激振時間的確定

實際工作中，應(yīng)根據(jù)被振工件的尺寸、形狀、材質(zhì)、重量，并且配合檢查工件尺寸穩(wěn)定性，通過多次試驗才能找出zui佳振動時效處理時間。

在對井架下座振動時效處理的過程中，我們測繪了振幅-時間曲線，從圖中我們可以看出，振動時效前5分鐘殘余應(yīng)力變化zui快，15分鐘以后趨于穩(wěn)定。因此，我們確定對井架下座的處理時間為20分鐘。

振動時效效果評定

曲線判斷法

振動處理過程中，從振幅-時間曲線和振前、振后振幅-頻率曲線變化來檢測，凡出現(xiàn)下列情況之一時，即可判定為達到振動時效工藝效果。

A、振幅-時間曲線上升后變平；

B、振幅-時間曲線上升后下降然后變平；

C、振幅-頻率曲線振后的比振前的峰值升高；

D、振幅-頻率曲線振后的比振前的峰值點左移；

E、振幅-頻率曲線振后的比振前的帶寬變窄。

如圖所示：振動時效過程中測出的振幅-頻率曲線，比較振前、振后掃描的兩條曲線，發(fā)現(xiàn)第一個共振峰幅值由原來的2.6g增大到3.3g，波峰由原來的3520轉(zhuǎn)/分左移到3515轉(zhuǎn)/分，因此可以判定井架下座達到了振動時效工藝效果。

工件尺寸穩(wěn)定性測量

近年來，我們采用比較法來研究分析，即對井架下座的幾項主要精度測試項目，經(jīng)振動時效后存放一段時間對精度保持情況做了測試比較，證明了振動時效后，底座的尺寸精度保持情況良好。

總結(jié)

振動時效是一項高效節(jié)能、工藝簡單，具有顯著經(jīng)濟效益和社會效益的新技術(shù)，它節(jié)約能源，減少環(huán)境污染、生產(chǎn)周期短、效率高，在很大范圍內(nèi)可以代替熱時效，尤其在大型焊接件中，效果尤為顯著，為我國節(jié)能、低碳、環(huán)保做出了貢獻。