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回复:水轮机焊接部件在消应力中所应用的振动时效工艺

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该罐体结构为水电设备配件,整体焊接结构,在使用振动时效之前客户采用自然时效(放置一年)和热处理进行应力消除,防止发生变形,但热处理时间长成本高,该用户采用振动时效设备对该部件进行应力消除均化处理,防止应力集中和变形发生。同时采用豪克能焊接应力消除设备针对焊缝、焊趾等做焊接应力消除,焊接拉应力消除率在80%以上,且预置压应力,强化焊缝


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豪克能焊接应力消除设备用于1400吨大型压力机的修复过程,预置高值压应力,消除残余拉应力,压力机的承压力提升80%,极大延长使用寿命。


2025-07-30 04:55:13
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一.
豪克能残余应力消除是目前最彻底消除残余应力并产生出理想压应力的时效方法,其他各种时效方法消除残余应力的情况如下:
1.振动时效30~60%
2.热时效35~80%
3.豪克能时效80~100%)
二.豪克能残余应力焊接应力消除用于消除焊接结构件的残余应力,可使焊接接头疲劳强度提高50%-120%,并使疲劳寿命延长5-100倍,金属在腐蚀环境下的抗腐蚀能力提高约400%。可完全替代热处理和振动时效等时效方法,处理工艺简单,效果稳定可靠,简单说就是想处理哪里就处理哪里,能在任意时间、任意工序上进行,让你随心所欲,得心应手.
三.豪克能残余应力消除不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量、场地之限制,尤其是是在现场、焊接过程和焊接修复时用于消除焊接应力更显灵活方便.
四.豪克能消除应力处理能同时改善影响焊缝疲劳性能的几个方面的因素,如:
1.残余应力
2.微观裂纹和缺陷
3.焊趾几何形状
4.表面强化等,
因而是目前提高焊缝疲劳性能最有效的方法,有事半功倍的效果。
五.豪克能焊接应力消除设备在消除焊缝焊趾处应力集中方面,是目前最方便、最有效的,其效果远胜于在焊趾处氩弧焊重熔(TIG)或修磨的方法。
六.豪克能残余应力消除设备用于消除局部残余应力,完全可替代热处理和振动时效等时效方法,且处理工艺简单,效果稳定可靠,适用于大型结构件的工地焊缝、超高超低处焊缝、焊接修复焊缝的消除应力处理。
七.节能、安全、无污染,施工现场使用更显灵活方便。


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在工程机械结构件的生产制造过程中,主要采用 焊接连接的方法。由于焊接过程中,热输入对母材金 属进行了不均匀的加热,形成了热影响区,该区的存 在降低了焊接接头的力学性能,特别是靠近焊缝金属 的粗晶区。热影响区对焊接接头性能的影响主要体现 在两个方面:一是热影响区组织的变化,包括晶粒 长大、脆化等;另一方面是热影响区残余应力的存在。 对于工程机械结构件,在工作过程中,可能会发生残 余拉应力与工作应力叠加,导致材料发生屈服,进而 变形,甚至断裂,发生车毁人亡事故。
豪克能焊接应力消除设备采用超声冲击利用 大功率的能量推动冲击头,以每秒约 2 万次的频率冲 击金属物体表面,高频、高效和聚焦下的大能量使金 属表层产生较大的压缩塑性变形,同时超声冲击改变 了原有的应力场,产生了压应力,进而改善工程机械 结构件热影响区的性能。

1、实验过程及方法
试验方法与过程 本文采用 豪克能HY2050G 超声冲击设备,对工程机械常 用 Q345 材料对接接头热影响区进行超声冲击试验,并 采用盲孔法测量超声冲击处理前后热影响区的应力,研 究不同超声冲击处理工艺下,热影响区残余应力的变化 规律,进而指导工程机械结构件的生产制造。
在试验过程中,假设焊接完成后,焊缝两侧热影 响区对称位置的表面残余应力一致,并进行试验验 证。焊接试板尺寸为 400 mm×250 mm×10 mm,焊接 方法采用气体保护焊。对焊接试板焊缝一侧的热影响 区进行全覆盖超声冲击处理,如图 1 所示。超声冲击 处理过程中,冲击频率一定,为 20 kHz,采用 3 个冲 击电流值(I1、I2、I3)及 3 个冲击时间值(t1、t2、t3), 共 9 组冲击处理工艺参数,如表 1 所示,其中,10# 试验组中不对试板进行冲击处理。 超声冲击处理后,采用型号为 HK21A 的盲孔法 应力测试仪分别测试焊道两侧热影响区对称位置的 残余应力[7—11],测试点距离焊趾 2 mm。

每种超声冲 击处理工艺参数下的试板测试 3 个应力点 1*、2*、 3*,相邻测试点之间的距离大于 20 mm。相应的,另 一侧未冲击热影响区在对称位置测试 3 个点 1、2、3, 如图 1 所示。测试过程包括:应变片的粘贴;接线; 钻孔前对准找正;钻孔测量。

2 结果与分析
2.1 无超声冲击处理试板应力测试
无超声冲击处理的 10# 试板焊道两侧的应力值及 应变值如表 2 所示。σ1 表示最大主应力,σ2 为最小主 应力,θ 为最大主应力与应变 ε1 的夹角,应变 ε1、应 变 ε2、应变 ε3 分别是 0°、45°、90°方向的应变值。由 于影响材料或焊接结构性能的主要因素是最大主应 力,因此在分析中以最大主应力为研究对象。

从表 2 可以看出,在测量点 1 位置,焊缝两侧的 最大主应力值相差 11.86 MPa,约为该处最大主应力 值的 3.9%。在测量点 2 位置,焊缝两侧的最大主应 力值相差 23.08 MPa,约为该处最大主应力值的 7.5%。在测量点 3 位置,焊缝两侧的最大主应力值相 差 3.01 MPa,约为该处最大主应力值的 1%。由于焊 缝两侧应力差值不超过最大主应力值的 10%,可以近 似认为未冲击处理的焊缝两侧对称点的应力值相等, 以便对比超声冲击处理前后焊缝两侧的应力值。
2.2 超声冲击处理前后应力测试
采用不同超声冲击工艺参数对试板进行超声冲 击处理后,焊缝两侧热影响区的应力值如图 2 所示。 每种处理工艺测试 3 个点的应力。

为说明超声冲击不同工艺参数对残余应力去除的 影响,采用“消减率 ψ”来表征这一问题,消减率公式为:
ψ=(σ 前-σ 后)/σ 前×100%
式中:σ 前为超声冲击处理前最大主应力,即 1、2、 3 测试点的最大主应力;σ 后为超声冲击处理后最大主应 力,即 1*、2*、3*测试点的最大主应力。
不同参数超 声冲击后,残余应力的消减率如表 3 所示。

3结尾
1)通过试验验证,可以认为未冲击处理的焊缝 两侧热影响区对称点的应力值相等。
2)超声冲击处理能够将 Q345 对接板热影响区 残余拉应力转变为压应力,对焊接残余应力具有良好 的消除效果,消除率可以达到 88%~130%,从宏观的 应力应变与微观的位错理论能够解释这种现象。


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用户采用振动时效设备HK3000消除构件应力,稳定工件尺寸,减小变形,提高生产效率。


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钢结构制造广泛地应用于船舶、锅炉、起重运输及矿山采掘运输工程等工业领域。在矿山机械中,重型、超重型井下煤炭输送设备,大多采用铸-焊结构制造,因此,这种钢结构的焊接失效分析以及预防措施成为大家比较关心的问题。

一、铸-焊结构焊接失效的原因
通常意义上讲,焊接失效就是焊接接头由于各种因素,在一定条件下断裂(如:应力、温度、材质、焊接质量和实际使用工况条件等)。接头一旦失效,就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展,造成焊接结构损坏,致使设备停机,影响正常生产。
焊接失效的基本条件:一是焊接结构设计不合理,如在局部或整体焊缝的布置与设计上存在问题;二是材料本身的缺陷,如板材化学成分偏析,铸钢件的组织存在缩松、气孔、裂纹等;三是焊接工艺的应用不合理,如焊接材料的选择、焊接方法的制定;四是构件所处的工作环境、工况条件差(如受到交变及冲击载荷),引起结构材料疲劳破坏。
针对接头失效进行分析,应从两个方面入手:一是产生的根源;二是其危害性。
1. 结构件焊接失效产生的根源
通常情况下,材料本身的缺陷(如化学成分的不均匀性、局部微观裂纹),焊缝由于各种原因产生的冷热裂纹、未焊透、夹渣、气孔及咬边等,焊接过程中近缝区较高的残余应力(包括焊缝及热影响区相变的组织应力),以及焊接过程高温下的组织软化和冷却后产生的脆化等,都是造成接头失效的根源,也为接头的脆断或扩展提供了条件。
2. 结构件焊接失效的危害性
井下工作面刮板输送机、转载机和破碎机,是采煤工作面的关键设备,工作面使用条件复杂。由于刮板输送机除要完成运煤、清理浮煤外,还要作为采煤机运行的轨道和牵引支承、液压支架前沿的基点,担负着采煤工艺过程中的落、装、运、支、控等全部工序,井下设备的可靠性决定了高效采煤的经济性,所以设备质量的好坏、寿命长短、性能的优劣,直接影响着煤炭生产。
由于刮板输送机和转载机的使用特点,中部槽之间的联结强度和可靠性显得尤为重要,而其结构大多由铸钢件与普通低合金板Q345(16Mn) 以及高强板和耐磨板(NM360)焊接而成,铸钢件以碳锰硅(C-Mn-Si)系列为主。多年实践证明,此类铸钢的焊接性能比较好,但焊接结构件的接头失效也容易发生在这类结构件的焊接部位,一旦在井下工作面使用中发生断裂失效,将影响整台设备的正常运转甚至停产,造成很大的经济损失。
3. 焊接失效形式
由于其结构本身的特殊性,焊接失效形式也不一样。
(1)因设计不合理,存在局部刚性过大,应力集中的现象。
(2)材料缺陷。铸钢件相对于轧制板材存在着冲击韧度差,屈服强度低的特点,还有焊接工艺制定不合理、焊接规范的运用不当、焊接方法的选择不正确等。
(3)焊工技术水平高低与焊接位置的好坏;还有焊接检验水平,包括对材质的检验和焊缝检验等。另外,环境温度对焊接质量也是一个重要的影响因素。
以上都可能是造成焊接接头失效的原因,一旦存在上述缺陷的结构件进入使用阶段,就很难避免失效、损坏情况的发生。
综上所述,要避免此类结构件焊接失效的产生,单纯的从某一个方面分析解决问题,是不符合实际的,它是多种因素的综合,但在一定条件下,则是某种因素起到主要作用的情况下而产生的结果。这就要从设计、工艺、材料及焊接等多方面去考虑,尽量使以上几方面的因素达到合理化,找出最主要原因,采取必要的工艺措施,才能有效地加以防止。
豪克能焊接应力消除设备采用20khz以上的频率超声冲击焊缝,使焊接残余拉应力消除80%以上同时预置压应力,增强了焊缝的强度,有效延缓裂纹的萌生。


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工件为混凝土设备底座,有钢管和钢板焊接成的复杂构件,客户采用振动时效HK3010进行应力消除和均化,防止变形。


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振动时效振前工艺分析工件时效前需分析工件的残余应力场分布,尺寸要求精度,以及以后的工作载荷,可能的失效原因,然后再决定工件的时效路线及时效重点部位,下面分析一下振动时效工艺失效的原因。

一、尺寸精度分析
1.若要求直线度,或圆柱度,同轴度等,应重点消除中间部位的应力,因为相对端部,中间的应力在加工前后及工况下若有变化的话,从端面看,各方向都能产生弯曲振型。
2.若要求平面度,也是重点消除中间部位的应力,但除采用弯曲振型外,还必须采用扭转振型。
3.若要求同轴度,如箱型工件,应尽量用大激振力,选用弯曲和扭转振型结合。
二、工作载荷
若以后工作载荷主要产生弯曲变形,则应采用弯曲振型;佛山振动时效若以后工作载荷主要产生扭曲变形,则应采用扭转振型。
三、工况失效原因
若以后可能出现的是变形问题,可以用大激振力进行振动;若以后出现的是开裂问题,则应尽可能选用小激振力,长时间振动。
注意:激振力的选择也应当在工件可承受的安全范围内,和工件材料强度息息相关。


2025-07-30 04:49:13
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零件内部的残余应力是使其尺寸精度不稳定的主要原因,影响稳定性的不仅是残余应力数值的大小,应力分布的均匀性也有着重大的影响。振动时效设备对减少和均化残余应力皆有良好的作用,残余应力消除在30-70%左右
振动时效对焊接性能及焊接变形的影响:振动处理对焊缝材料有所改善,特别是断裂韧性和疲劳极限的提高,说明振动处理技术可用于焊接构件。采用边振动边焊接方法,对控制焊接变形、稳定工件尺寸精度、消除工件应力有着不可忽视的作用,焊后可消除变形。
振动时效产生的塑性变形:振动时效使工件在交变应力作用下产生塑性变形,松弛了工件中的残余应力。故振动时效过程是零件塑性变形的产生和逐渐稳定的过程,也是残余应力减小和稳定化的过程。
振动时效对抗变形能力的影响:零件的变形不仅取决于残余应力的大小和分布,振动时效还与松弛刚性和抗变形能力有关。振动时效不仅能够减小和均化残余应力,还可提高材料的抗变形能力,即提高材料的弹性性能。
振动时效对尺寸精度的影响:振动时效能有效的稳定零件的尺寸精度,其作用不仅表现在长期使用过程中尺寸精度变化量较小,且能在较短的时间内使零件尺寸达到稳定。
振动时效对硬度的影响:振动时效略微降低工件的硬度。
振动时效对疲劳寿命的影响:振动时效处理主要在于消除残余应力对疲劳寿命的影响,振动时效处理可显著提高工件的疲劳寿命。
激振过程中晶粒内部结构变化:如果外加应力与位错塞积群形成的集中应力和叠加大于金属的临界切应力时,使位错塞积群得以开通,金属内部将发生微观塑性变形,残余应力就可以得以释放。


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某特大型项目,所用材质为304L奥氏体不锈钢,厚度约30mm,岔管高度在10m以上,焊脚尺寸约20m,项目总吨位约四万吨,经检测焊趾区域残余应力为300MPa以上的拉应力,如对应力不进行处理,设备在使用过程中将会发生应力腐蚀。

华云公司采用豪克能消应力设备对焊缝进行消应力处理,处理完后经检测残余应力为100MPa左右,且为压应力,大大提升了焊缝的强度和疲劳寿命。


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用户采用振动时效HK3000K4消除焊接应力,保持样件不变形,相比之前使用的热处理工艺成本低,周期短


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增压机支架采用振动时效设备进行应力消除,防止工件在使用中变形开裂。该用户采用的是HK3000K1型号振动时效,HK3000配备三维传感器,判断振型更加准确,更能找到刚性系统的固有频率。


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大型工程机械车辆采用豪克能焊接应力消除设备对工件进行焊接应力消除,消除率高达90%以上,有效预防焊接变形,延长车体使用寿命。


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电机零部件加工工艺控制中,往往会涉及一些具体如进刀量、时效、检测时间、退火等具体的要求,这些要求的目的,在于消除和释放被加工零部件的应力,防止因加工应力导致零部件的不良变形。
物体由于受力、湿度、温度场变化等外部因素而变形时,在物体内各部分之间,将产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。但这种变形效果,往往达不到理想的状态,因而就出现了应力变形问题。
特别中对于大规格电机零部件,这方面的要求更为重要,如电机轴承套、机座、幅板轴等零部件的加工过程控制,必须通过理论与实践的效果分析,确定必要的关键控制工序,保证加工零部件足够小的非预期形变,以提高电机的装配水平和后期运行质量。
应力危害
1、开裂。因为应力的存在,在受到外界作用后(如移印时接触到化学溶剂或者烤漆后端时高温烘烤),会诱使应力释放而在应力残留位置开裂。开裂主要集中在浇口处或过度填充处。
2、翘曲及变形。因为残留应力的存在,因此产品在室温时会有较长时间的内应力释放或者高温时出现短时间内残留应力释放的过程,同时产品局部存在位置强度差,产品就会在应力残留位置产生翘曲或者变形问题。
3、产品尺寸变化。因为应力的存在,在产品放置后或处理的过程中,如果环境达到一定的温度,产品就会因应力释放而发生变化。
残余应力消除方法
1、振动时效去除应力。振动时效技术旨在通过专用的振动时效设备,使被处理的工件产生共振,并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件所有部位,使工件内部发生微观的塑性变形—被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态。位错重新滑移并钉扎,最终使残余应力得到消除和均化,从而保证了工件尺寸精度的稳定性。
振动时效的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力,当附加动应力与残余应力叠加后,达到或超过材料的屈服极限时,工件发生微观或宏观塑性变形,从而降低和均化工件内部的残余应力,并使其尺寸精度达到稳定。

2、频谱谐波振动时效技术。采用傅里叶分析技术得出工件多个低次谐波,在通过频谱分析得到5-7个效果较好的低次谐波,对工件进行谐振,相比传统共振振动时效,他具有消除多个方向应力的作用,消除应力的水平更高,更适合消除应力使用。


2025-07-30 04:43:13
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焊接应力的存在导致焊接变形,影响精度和使用寿命,采用振动时效设备可以消除焊接应力防止变形。下面通过振动时效设备在反应釜搅拌装置上的应用说明振动时效的作用。
釜用搅拌装置主要由减速机、电机、底座结构组成。底座采用焊接结构,焊接引入了比较大的焊接残余拉应力,导致底座内部处于能量较高的不平衡状态,在搅拌装置服役过程中慢慢通过变形达到稳定状态。但是底座的变形影响了电机或者减速机、传动轴的与反应容器的相对位置精度,从而出现搅拌器运行不稳定、搅拌振动及噪音、密封位置磨损过快等问题,严重影响了搅拌装置的使用寿命。
所以,底座焊接的应力不得不进行处理。振动时效设备消除焊接应力非常有效果,能够实现峰值应力降低70%以上,均化应力,使结构内部达到平衡状态,防止在使用中变形。
采用振动时效处理应力相比热处理,具有成本低、周期短、不污染环境等优点,设备操作比较简单,华云机电HK系列振动时效搭载华云自主研发的工艺软件,保证应力处理严格按照标准工艺进行处理,能够获得更加接近产品固有频率、时刻监控内部应力的变化、打印保存处理的结果进行对比。采用高品质的配件,设备故障率低于市场上同类产品。


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