水電鋼閘門在焊接制造過程中，焊接點處會產生較高的溫度，這些結構點會因為溫度變化引起材料發(fā)生物理變化，產生殘余應力，從而促使其結構發(fā)生不穩(wěn)定的變化。常用的殘余應力消除方法有熱時效、振動時效、超聲波時效，因水工鋼鋼結構閘門制造外形尺寸較大，需采用振動時效工藝消除應力。本文主要是研究分析振動時效工藝在水電鋼閘門制造中的應用，從工程實踐中總結一套切實可行的方法。

水電鋼閘門及采用設備介紹

某公司承制泄洪系統(tǒng)閘門設備，該系統(tǒng)由五個表孔和一個底孔組成，總工程量約2000噸。閘門設備主要分為門葉、支臂和支鉸三大部分，最大單元重量約為30噸，最大板厚達55mm。焊接要求高、焊接變形大，主要技術偏差在0.5-1.0mm之內，需要對弧面進行機械加工，并需采取有效措施消除焊接應力。

設備采用聚航科技生產的JH-700A智能頻譜交流振動時效設備，采用高速變頻伺服電機，激振力大，消除率高。一鍵式操作，智能控制，功能齊全。

振動時效工作原理

振動時效工藝就是通過振動，使工件內部殘余的內應力和附加的振動應力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料內部的內應力得以松弛和減輕。

通過振動時效消除殘余應力可以有效地加強工件的結構強度，增加工件在使用過程中的穩(wěn)定性和尺寸精度，使工件更好地滿足工作所需的精度要求。與傳統(tǒng)的熱處理時效釋放殘余應力相比，振動時效的消除率更高、更環(huán)保、節(jié)能、省時、節(jié)約成本。

振動時效工藝應用

振動時效工藝參數(shù)的選擇

表孔弧門門葉分6節(jié)，長度為13.48米，高度約為1.68米，最寬約為3.4米，屬于梁型件，單節(jié)重量在10-28噸之間。

支臂分4個單元件制造，長度約為13.4米，高度1.3米，寬度1.0米，屬于梁型件，單節(jié)重量約25噸。

根據(jù)門葉及支臂結構的特點，及多次反復試振，確定了如下工藝參數(shù)：

支撐方式：底部四點支撐，支撐件為枕木

激振點：激振器安裝在門葉面板和支臂翼板上，用卡具卡緊。

施振位置：門葉在支撐點之間，焊接應力較為集中及后續(xù)使用時載荷集中部位：支臂在端部處。

激振頻率：例如：第2節(jié)發(fā)生振動時效時產生了一個共振峰，在3100轉/分，通過加速度幅值來操控。

處理時間：20-30分鐘。

振動時效工藝曲線分析

圖1 門葉和支臂振動時效處理曲線

從門葉、支臂處理時獲得的曲線可看出：

振幅時間A-t，曲線上升后變平；振幅頻率A-f，曲線峰值振后的比振前的高、峰值點振后的比振前的向左偏移、帶寬振后的比振前的窄、共振峰有產生裂變。表示應力消除的較為明顯。

總結

采用振動時效工藝消除水電鋼閘門殘余應力，并對振動前后尺寸進行檢測，發(fā)現(xiàn)其各項尺寸并沒有發(fā)生變化，相對穩(wěn)定。結果表明，振動時效工藝可用于水電閘門的殘余應力消除，且振動時效工藝可有效的提升工件穩(wěn)定性、尺寸精度。