某艦首部總段/首門的建造中,首門的裝焊、首部總段外板的裝焊、首部總段結(jié)構(gòu)的裝焊以及船臺總裝等工序會產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力對首部總段/首門建造的影響非常大。所以在首部總段/首門建造中,必須在首門接觸與船體的焊接約束前降低首部總段/首門內(nèi)的殘余應(yīng)力水平。根據(jù)以往經(jīng)驗,采取振動時效工藝。并對振前前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測,驗證其有效性。
殘余應(yīng)力對首部總段/首門建造的影響
1.在首門三條周邊縫切割結(jié)束后,由于殘余應(yīng)力的釋放,首門會發(fā)生扭曲變形,變形會隨應(yīng)力時效而加劇,導(dǎo)致首門邊緣與船體過渡不光順,失去首部總段/首門整體建造的意義。
2.由于工藝要求,在首門銷軸定位前,首門周邊縫不能切割完。在首門銷軸定位和首門周邊縫*切割后,首門的變形將導(dǎo)致銷軸的不同心度增加,可能會影響首門的啟閉。
3.首部總段/首門建造后的自然時效會引起首門的變形,同樣可能導(dǎo)致銷軸的不同心度增加,仍然影響首門的使用。
振動時效工藝
本次設(shè)備使用聚航科技生產(chǎn)的jh-578a數(shù)碼交流振動時效設(shè)備,采用高速變頻伺服電機,激振力大,壽命長,時效效果穩(wěn)定可靠。由激振器、控制主機、加速度傳感器、夾具等組成。
激振器應(yīng)具有一定的頻率范圍,頻率連續(xù)可調(diào),在振動過程中具有足夠的穩(wěn)頻精度。一般來說,構(gòu)件的固有頻率可通過掃頻的方法確定,可使構(gòu)件在其固有頻率附近產(chǎn)生共振;激振位置應(yīng)產(chǎn)生足夠大的激振力,以滿足使被振構(gòu)件產(chǎn)生足夠動應(yīng)力的要求。其中激振器由偏心機構(gòu)和電動機組成,頻率達(dá)160hz,*大激振力為f=(2πf)2mr。
殘余應(yīng)力應(yīng)力測試
為了研究和分析振動時效的有效性,所以要在振動前后對首部總段/首門進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。本次測試采用磁測法檢測殘余應(yīng)力,這是一種無損殘余應(yīng)力測試方法。
首部總段/首門應(yīng)力測試點選在焊縫密集區(qū)域,位于首部總段下頜的平臺上,沿首門下緣分布,這些點靠近激振點,可以更準(zhǔn)確地反映振動時效時構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力的變化。
振動時效工藝流程
從理論上講,振動與切割首門邊緣縫兩工序交替次數(shù)越多越好,但由于工期和成本的限制,最終確定上述工序交替兩次。
*一次振動和前后應(yīng)力測試
*一次切割:每舷兩段,每段長約1m;兩舷共計切割約4m縫。
第二次振動及前后應(yīng)力測試。
第二次切割:每舷兩段,每段長約1m;兩舷共計切割約4m縫;轉(zhuǎn)銷軸安裝工序。
振動時選用加速度時間曲線對時效過程監(jiān)視。
振動時效工藝過程為振動前殘余應(yīng)力測量——安裝機械式振動時效裝置——試振以測定固有頻率和確定激振力——振動時效——振動后殘余應(yīng)力測量。
先降低激振力,開機,手動掃頻(1000-8000r/min),記錄振動的頻率響應(yīng)曲線,找到*大振幅對應(yīng)的各階固有頻率。選擇共振峰大、頻率低的共振頻率作為主振頻率。將轉(zhuǎn)速調(diào)到亞共振點(主振頻率的2/3所對應(yīng)頻率),觀察加速度時間曲線,時效為幾分鐘,查看加速度有無升高后變平或先升高又下降再變平的情況。若有,證明激振力適合,若無,則逐漸調(diào)大激振力,直至激振力合適。
殘余應(yīng)力測試結(jié)果
*一次振動前后各測點的應(yīng)力數(shù)據(jù)及應(yīng)力消除的百分比、第二次振動后測點1#-5#、11#-15#的應(yīng)力數(shù)據(jù)及最終應(yīng)力消除的百分比見表1。
振動時效應(yīng)根據(jù)試振確定的振動頻率和激振力進(jìn)行,觀察加速度時間曲線。起振后加速度升高后變平或先升高又下降再變平,從變平開始穩(wěn)定3-5min為振動截止時間。
振動后應(yīng)力測量方法是*一次振動時,一舷的激振點為1-6,兩舷共計12點;每個激振點處振動平均時間為14min;第二次振動時,一舷的激振點為1-2、5-7,兩舷共計10點;每個激振點處振動平均時間為13min。
實施振動時效時為試件的正身狀態(tài),待銷軸和其他附件安裝完畢,完整切割首門周邊縫。為保證邊鋒切割質(zhì)量,應(yīng)采用全位置切割機施工。
結(jié)論
首部總段/首門結(jié)構(gòu)共振頻率較高,轉(zhuǎn)速在3200-4200r/min之間。*一次振動后,殘余應(yīng)力有松弛,共振轉(zhuǎn)速降低2000-2150r/min之間,*一次振動應(yīng)力消除率在30%左右;首門邊緣切割后,整體應(yīng)力得到釋放,第二次振動后,其殘余應(yīng)力進(jìn)一步降低和均化,最終應(yīng)力消除率在45%左右。該工藝滿足gb/t25713-2010標(biāo)準(zhǔn)。在實施該工藝后,首門在自由狀態(tài)下,由于殘余應(yīng)力引起的變形滿足后續(xù)工序的要求(支臂上各軸承座同心度偏差小于1mm)。