小吊基座结构振动时效应力处理工艺实施方案

一、前   言

振动时效是采用共振的原理——即在激振器的周期性外力的作用下，当所施加给工件的动应力大于或等于材料的屈服极限即工件与激振器的频率相叠加时产生共振，这时在共振状态下，就会使工件内受约束的分子发生位错滑移，而使一大部分残余应力得到释放，余下的部分残余应力经过二十至四十分钟的调整部分处于均化状态。振动时效可以使残余应力降低或均化，高应力区降低的比例要大一些，振动时效具有生产周期短、无环境污染、节约生产成本、工件尺寸精度稳定性好等诸多优点。

振动时效技术目前在国内已建和在建海洋钻井平台升降基础项目中得到了广泛的应用，由于海洋钻井平台升降基础的整体结构都比较大、吨位重，在施工中要按照传统加热时效办法是无法完成这些大型结构的时效处理工序的。经过我校工程力学系结构试验室的科技人员的多年实践，加上工程项目单位的大力配合，近十余年来先后对上海外高桥造船海洋工程有限公司建造的JU2000E型钻井平台升降基础座，大连造船海洋工程有限公司建造的JU2000系列钻井平台升降基础座，南通振华重型装备制造有限公司建造的振海3号、4号、5号、6号及宝恒抬升NCA1396号钻井平台升降基础、山海关造船重工有限责任公司建造的CJ50-01\02\03\04号海洋钻井平台上下基础座进行了振动时效应力处理及现场的振动时效技术服务，同时经过振动时效前后的应力检测，应力的效果远远的大于国家标准的要求，取得理想的工艺效果并得到船东和船检的认可。

二、振动时效处理工艺的实施

1、使用设备：VSR-20Y型振动时效仪  

该设备具有真彩液晶显示动态振动时效处理参数并实时打印参数曲线图。该设备构件的残余应力范围在30%-80%。根据工件的应力大小，刚性的强与弱应力的多少有所不同，N829小吊基座结构应力的范围在：50%左右。余下的应力呈现平衡状态，在使用过程中不会产生变形和开裂等现象，达到稳定尺寸不变形的目的。

2、N829小吊基座结构的支撑、激振器装卡、拾振器的位置

N829小吊基座结构外形尺寸5400×5400×1715mm，重量约21吨。进行振动时效应力处理时，在生产现场即可实施，首先需将小吊基座整体在现场吊装到地面，将小吊基座结构的下表面与地面接触的部分用枕木支撑使小吊基座结构与地面隔离以避免在振动处理时振动力的损耗，使小吊基座结构与地面弹性支撑，支撑物为枕木，支撑点为三点，支撑原则为将三块枕木摆成圆形均匀的放置在地面上使之各成120度角，把小吊基座结构吊装平稳的放在枕木上即可。激振器牢固的装卡在小吊基座结构的易起振的波峰处，以牢固为原则，拾振器吸附在远离激振器位置的另一端。(根据工件的形状可能做简单的工装，此情况技术人员到施工现场看过被振动的工件实物后而定）

3、小吊基座结构的振动处理

用VSR-20Y型振动时效仪的全智能功能控制振动电机，当电机的转数与小吊基座结构的固有频率大致相等时，小吊基座结构的整体即会发生共振，当振动电机所施加给构件的动应力大于等于材料的屈服极限时，构件的残余应力即可得到一定程度的释放。振动时，振动电机的偏心选择一个合适的偏心量，由控制器控制电机转动，当发生整体谐振时，也就是构件进入了共振状态，经过三十分钟的振动处理即可使构件的残余应力得到释放，经过振动后的构件所余下的部分残余应力小于材料的屈服极限时，构件的抗变形能力即会得到大幅的加强与提高。

为保证小吊基座的振动时效处理效果，此次振动采用两次振动的方式，既一次30分钟振动时效处理完成后，将激振器移到另一波峰处再进行15分钟的辅助振动时效处理来完成整个工艺过程。

4、振动时效的特性曲线

振动时效处理实施时，振动时效设备按照振动时效工艺的设计要求可以绘制振动过程中的特性曲线，振动时效开始时会自动记录构件振动时效前的频率、振幅曲线，然后根据具体参数值进行自动选择进行振动处理，经过一定周期的振动处理，构件内的残余应力会充分的释放，阻尼降低，使构件的振动数据值逐渐的处于稳定状态，振动完成后还要自动绘制振动处理后的特性曲线，因为构件经振动处理后，由于残余应力的下降，构件的振动前后的参数值会相应的发生变化，这也符合振动时效的国家标准要求。

三、小吊基座结构的效果检测

1、应力检测法

构件的应力效果目前检测比较方便快捷就是盲孔法。即用直角应变片（型号：BE120-2CA-K)在焊缝附近钻孔测试，钻孔直径￠2mmｘ2mm的盲孔，由于钻孔后所产生不同的应变数据，用该数据代入公式即可计算出该测点的残余应力值，一般测点选择6点，振动后需在振前的测点附近选择测点进行振动后的数据测试，由此得到构件的应力数值，国家的标准规定，焊接构件的应力率达到30%以上即为合格。（因为现在国家有相关的工艺标准颁布实施，此法现在基本不用）

2、振动时效效果评定

利用设备打印的参数曲线的变化情况对照振动时效国家标准看振动时效效果。依据的标准：JB/T10375-2002   GB/T25712-2010

四、小吊基座结构的现场工作开展及振动准备

1、合作的双方达成合同意向后应提前3-5天通知协作单位进行准备并及时安排设备仪器的发运和人员按时入场。

2、委托方应提供220V的供电电源，负责小吊基座结构的吊装。

3、委托方协助制作简单的工装以便于装卡激振器（如需要）。

4、协助将施工设备接运至工作现场。

五、合同签订及检测报告

1、合同签订由大连拓达科技有限公司签订并出具发票（如需要开发票）。

2、全部项目完工后，将振动时效全部工作过程及小吊基座结构应力情况以报告的形式交付给委托方，

大 连 拓 达 科 技 有 限 公 司

附：施工设备图片