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振动时效设备消除热风炉穹顶的焊接残余应力
2020/1/13 14:22:44

热风炉在投入使用后要在酸性气体环境下承受高温和交变高压应力作用,工况恶劣,在此情况下焊缝易出现应力腐蚀裂纹。而穹顶壳体是由多块壳体瓣分片组装焊接而成,穹顶壳体钢板最大厚度为50mm。由于体积大,钢板厚,穹顶壳体焊缝残余应力值高,最大实测值近400MPa,所以设计要求要对穹顶进行消除应力处理。

传统的消除应力方法是采用电加热方式,但此方法存在很大的弊端。所以热风炉生产厂家找到南京聚航,希望我们能够提供更有效地方法,经过双方商讨后,决定采用振动时效设备消除热风炉穹顶的残余应力。

根据热风炉穹顶情况选型

高炉系统热风炉整体高度为49.5m,直径为10-11.34m,重量为404t,材质分为两种,直通段壳体为Q235B,穹顶(即高温带)材质为Q345B。

高温带壳体位于38.6m以上的高空,重量达110t,因受吊装能力所限,无法在地面焊接并消除应力处理完成后整体吊装,必须在分辨吊装到位并与直筒段焊接为一整体后,对整个壳体进行消除应力处理,热风炉壳体总质量达404t,确定使用JH-700振动时效设备,选择多点激振和多频率工艺处理。

工艺参数的确定

1. 多点激振、多频率工艺:由试振得出壳体的共振频率有4个,根据其振动形式优化选择最佳频率组,确定两个(4659HZ和5915HZ)处理频率。

2. 处理时间为每个频率处理25-35min。

3. 激振点应选择刚性较大的厚板处,以便能带动壳体产生共振。由于壳体质量和形体较大,为使壳体各部分都能产生共振,焊接残余应力均匀降低,激振点选择在壳体顶部正中的Φ1800mm人孔法兰,法兰位于壳体对称中心点,与壳体焊接连接,可使壳体各部分都能产生振幅基本一致的共振,焊接残余应力能均匀降低。考虑到结构轴对称的特点,选择2个激振点分别位于法兰边沿直径两端点。

4. 拾振点选在远离激振器且在振幅较大处,热风炉穹顶时效振动按悬臂时效方式考虑,选在穹顶下沿,与壳体焊接连接。

5.支撑点选取。一般情况下,穹顶通过橡胶垫和枕木支撑在支架上进行振动时效作业,由于热风炉穹顶位于38.6-50m的高空,为防止振动过程出现跌落,将热风炉直筒段与穹顶焊接完成形成整体,对穹顶按悬臂时效方式进行处理。热风炉壳体底部通过地脚螺栓与混凝土承台连接,通过试振,得出热风炉壳体振动波形,底部螺栓连接对38m高度以上的高温带壳体的振幅不影响消除应力效果,故对底部固定螺栓只做一般性紧固,以防止振动过程中热风炉发生水平位移即可。

工艺实施

按照试振确定的处理频率,对热风炉进行主振,观测振中时效曲线(a-t曲线)。振动时间控制,根据时效曲线(a-t曲线)出现上升后变平或上升后下降然后变平情况后,再振动3min,结束时效。实际振动时间,在激振点1,振动37min,在激振点2,振动时间32min。

数据分析

总的应力水平(即平均应力)从振前的333.2MPa下降至29.6MPa,下降率为91.1%,超过国家机械行业标准中固定的指标,说明振动时效工艺效果显著、可靠。

采用振动时效设备消除热风炉穹顶残余应力效果更均匀,避免了电加热处理时部分电加热毯易损坏,加热不均匀,容易出现局部无效果的问题,而且比电加热处理更节能环保。

以上就是振动时效设备对热风炉穹顶的应用案例,如果您还想了解振动时效设备更多信息,可直接咨询南京聚航,我们欢迎您的选购!

(来源:聚航科技)
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