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蒸壓釜屬于壓力容器，焊接后需要消除應(yīng)力處理。但熱處理耗能高，而且整體釜長20余米，難于入爐。所以熱處理工藝不適用，現(xiàn)急需其他消除應(yīng)力方法。本文主要研究振動(dòng)時(shí)效工藝對壓力容器的應(yīng)用，通過試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。

試驗(yàn)概況

對生產(chǎn)蒸壓釜的常用鋼材20g+20鍛鋼和16MnR+16Mn鍛鋼焊接試板進(jìn)行了振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械性能及疲勞試驗(yàn)。試板焊接采用埋弧自動(dòng)焊，焊絲為H10MnSi，焊接電流650A，電弧電壓27V。兩種材料各焊三塊試板，一塊用于振動(dòng)時(shí)效，一塊用于熱處理，一塊保持焊態(tài)。熱處理參數(shù)為620℃*2h，爐冷。

對16MnR+16Mn鍛鋼和20g+20鍛鋼兩種材料的各三種狀態(tài)試板按GB2649-2654-81取樣加工，進(jìn)行拉伸、彎曲、硬度和沖擊試驗(yàn)，此外，還進(jìn)行了接頭四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為σ_max=397.38MPa，σ_min=88.73MPa，頻率f=350次/分。

釜圈釜蓋振動(dòng)時(shí)效處理

在構(gòu)件整體裝配之前，對各部件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，是消除應(yīng)力的有效途徑之一。釜圈釜蓋是蒸壓釜上的部件，剛性較大，如先做振動(dòng)時(shí)效，會(huì)使焊接殘余應(yīng)力得到更充分的松弛。此次處理的釜圈釜蓋材料為16MnR。選用JH-700A振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，采用四點(diǎn)軟支承，一個(gè)激振點(diǎn)，根據(jù)不同部件結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行一階、二階共振。

用盲孔法測定1號(hào)釜圈和Fb-24號(hào)釜蓋振動(dòng)處理前后的殘余應(yīng)力及其拉應(yīng)力下降率，測定了Fb-41號(hào)釜蓋退火后的殘余應(yīng)力并與Fb-24號(hào)釜蓋振動(dòng)處理后的殘余應(yīng)力進(jìn)行了比較。

整體釜振動(dòng)時(shí)效處理

整體釜尺寸為Φ2000*2100mm，由20鍛鋼和20g鋼板焊接而成。該產(chǎn)品法蘭與筒體為不同厚度板的焊接件，有較高的殘余應(yīng)力。

采用橡膠墊對稱支承，激振點(diǎn)選在法蘭上，進(jìn)行兩次振動(dòng)。

試驗(yàn)結(jié)果與分析討論

從振動(dòng)處理過程中得到幅頻曲線可以看出，選擇適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)處理工藝和參數(shù)，能使振后曲線較振前曲線左移或升高，從而定性的看到振動(dòng)時(shí)效工藝的效果。定量的數(shù)據(jù)可以從殘余應(yīng)力測試數(shù)據(jù)得到。焊縫及其拉應(yīng)力下降了43%-70%。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，不論是在試板還是結(jié)構(gòu)上，振動(dòng)時(shí)效都可以使殘余應(yīng)力降低。從試板試驗(yàn)中可以更清楚的看出，獲得較高殘余應(yīng)力下降率的動(dòng)應(yīng)力為60MPa左右。

此外，從16MNR+16Mn鍛鋼焊接試板試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)熱處理的試板與振動(dòng)處理的試板其殘余應(yīng)力值相當(dāng)。從釜蓋殘余應(yīng)力值也可看出，振動(dòng)處理結(jié)果與退火處理結(jié)果差距也不大。

16MnR+16Mn鍛鋼、20g+20鍛鋼試板所作的拉伸、沖擊、彎曲和硬度實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果說明振動(dòng)處理不會(huì)使焊接接頭的力學(xué)性能降低。由兩種材料的試板的疲勞結(jié)果可見振動(dòng)處理不會(huì)使疲勞壽命降低。

結(jié)論

1. 通過本文的焊接試板、分部件和整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明，振動(dòng)處理可以降低蒸壓釜的焊接殘余應(yīng)力，這為低壓容器消除焊接殘余應(yīng)力處理開辟了一條新路，本試驗(yàn)處理的蒸壓釜已用于生產(chǎn)。

2. 在本文的試驗(yàn)條件下，振動(dòng)處理使得焊縫區(qū)的高殘余拉應(yīng)力下降了43-70%。

3. 本文的焊接試板試驗(yàn)結(jié)果也說明，振動(dòng)處理不會(huì)使焊接接頭的力學(xué)性能降低，也不會(huì)導(dǎo)致疲勞壽命降低。