某電站閘門為單閥式高壓平面滑動閘門，門葉整體尺寸為4800mm*4950mm*980mm，總重36t。為便于安裝及運輸，閘門在設計時分2節(jié)制造，最大單節(jié)尺寸為4800*2630mm*980mm，為提高閘門在高水壓負荷下的強度及防止閘門焊后應力分布不均勻而影響閘門尺寸穩(wěn)定性，設計要求閘門在拼裝焊接完成后進行消除應力處理。本文以某水電站閘門消除應力方法為例，探討局部退火與振動時效復合消除應力方法在閘門整體消應力中的應用。

閘門消除應力處理

以往常用的消除應力方法是退火消應力方法，但由于閘門外形尺寸大，難于進行整體退火，只有對閘門主要受力的Ⅰ、Ⅱ類焊縫進行局部退火處理。對閘門進行局部退火前，先仔細分析閘門哪些部位焊接量大，且產(chǎn)生的應力將對閘門產(chǎn)生較大的影響，對于這些部位要作為局部退火的重點。如果條件允許，盡可能先將這部位單獨拼裝焊接成一個零部件，消除應力并校正變形后再與閘門進行整體拼裝，這樣能最大程度地減少焊接應力在閘門內(nèi)的聚集。

閘門共有6根長4392mm的T字形主梁，主梁后翼緣為48mm厚鋼板，前翼緣直接與面板焊接，T字形主梁腹板與后翼緣的焊接量約占閘門整體焊接量的18%，并且這些焊縫主要集中在閘門的背水面，若在閘門拼裝完成后再進行整體焊接，這部分應力將全部聚集在閘門內(nèi)難以釋放，故閘門制造時先將T字形主梁焊接成單個構件，消除應力并校正變形后再與閘門進行整體拼裝，從而達到減少閘門內(nèi)部焊接應力總量的目的。

閘門局部退火消應力主要采用履帶式電加熱板，將其緊緊固定在要進行退火的焊縫上，同時合理布置溫度探頭位置，連接溫度控制設備后按退火工藝進行退火。由于閘門為箱型結構，止水面與背水面兩側(cè)都有大量焊縫需要退火處理。閘門在平放狀態(tài)下，難以將履帶式電加熱板同時固定在止水面與背水面兩側(cè)，只能采取先止水面后背水面的順序進行局部退火。局部退火雖然能一次性消除焊縫內(nèi)80%-100%的應力，使閘門的鋼材在“回復”階段物理性能得以恢復，但同時局部退火區(qū)域的顯微組織不可避免地發(fā)生再結晶、晶粒持續(xù)長大等現(xiàn)象。這就導致鋼材局部退火區(qū)域的強度、塑性、晶粒大小與整體不一致，從而在閘門局部退火區(qū)域的四周產(chǎn)生新的二次應力。由于這種二次應力不會在焊縫內(nèi)聚集，且其遠小于焊接應力，因此不會對鋼結構的整體強度產(chǎn)生較大影響，但是，如果這種應力大量集中在閘門的某個區(qū)域或單側(cè)將影響到閘門尺寸穩(wěn)定性。

對于這種二次應力需要有一種既能將其消除或降低峰值但同時不改變閘門材料顯微結構的方法。目前常用的消應力方法主要有熱時效、振動時效、自然時效。其中振動時效和自然時效不改變閘門材料的顯微結構，但由于自然時效耗時長，影響生產(chǎn)成本，不適合生產(chǎn)企業(yè)使用。振動時效耗能少、時間短、并且不會改變閘門材料顯微結構，符合消除閘門二次應力又不改變材料顯微結構的要求。

閘門振動時效前，先根據(jù)閘門的質(zhì)量、結構特點、整體尺寸等因素，初步確定振動頻率、振動幅值、激振力大小、激振點、支撐點、拾振點等參數(shù)。振動頻率的確定主要通過振動時效設備的自動掃頻功能，測出閘門在一定頻率范圍內(nèi)不同振型的數(shù)個共振頻率，在測出的共振頻率中選擇一個在設備最佳負載范圍內(nèi)的頻率作為主振頻率。選擇激振力首先要考慮激起的動應力方向應與閘門主要二次應力方向相同或相近，以便動應力σ_d與二次應力σ疊加，且σ_d+σ≥σ_a（材料屈服強度極限），使閘門的二次應力分布區(qū)域產(chǎn)生少量的塑性變形，從而降低應力峰值及均化，考慮到閘門主要消除的是局部退火產(chǎn)生的二次應力，由于這部分應力相對較小，所以施加給閘門的最佳動應力不應超過0.07KN/mm²。閘門主體結構為箱形，整體剛度較大且不存在明顯強度降低的部位，因此，激振點設置在止水面上的主梁與縱梁相交處且相對正中的位置，可使閘門整體均勻且動應力與二次應力方向相同。拾振點選在主振頻率的波峰位置并可能靠近閘門振幅衰減較大的邊緣處，為避免閘門在振動時效過程中產(chǎn)生過大的振動，應將支撐點選在波節(jié)處。閘門在振動時效消除應力工藝過程中由于包辛格效應，使得閘門在經(jīng)一定時間振動時效循環(huán)后，閘門材料的當量屈服強度開始上升，直到與所受的應力相等，工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形。此時，塑性變形變成彈性變形，工件的彈性性能得到強化，閘門的幾何尺寸趨于穩(wěn)定。

結語

電站閘門經(jīng)過了局部退火和振動時效兩種消應力方法的綜合處理，采用盲孔法對消除應力部分閘門進行殘余應力檢測，主要受力焊縫的應力消除程度在80%-90%，二次應力消除程度在40%-60%，達到與整體退火消應力相等的效果。局部退火與振動時效相結合的復合消應力方法具有高效、節(jié)能、不改變閘門整體母材顯微結構及物理性能等眾多優(yōu)點，具有很高的實用及推廣價值。