水轮机底环、顶盖采用振动时效消除应力

某水电站水轮机底环、顶盖主体均采用Q235钢板阻焊而成，工件焊后都会进行回火处理，然后堆焊E309抗磨层，并进行粗加工；然而粗加工和抗磨层堆焊过程产生的残余应力，会严重影响工件精加工尺寸的稳定性，所以必须在精加工前消除应力。

而常用的消除应力方法有热时效和振动时效，由于构件主材和抗磨层材质不同，热膨胀也不同，导致热时效的温度较难把握，加之热时效引起的工件变形会给工件的加工尺寸带来不利，因此不适合采用热时效的方法进行消应力。经研究决定采用振动时效工艺对工件进行消除应力处理。

水轮机底环振动时效消除应力

水轮机底环重量为7000kg，具体步骤如下；

1. 准备，采用JH-300A振动时效设备。根据底环结构特点，均距布置3块橡胶垫作为工件支撑，激振器固定在两支撑中间，并在适当的位置放置拾振器。

2. 时效处理，根据工件的质量和结构特点选择30%的激振器偏心号数进行试振，找出工件的共振频率（7560r/min），然后根据试振情况，选择40%的激振偏心号数和接近工件共振频率的时效频率（7470r/min），对工件进行10min的时效处理，记录并打印工件的振动时效参数为：处理时间ΣT=10min；振前加速度a=82.1m/s²；振前共振转速n=7560r/min；振后加速度a’=51.8m/s²；振后共振转速n’=7546r/min。

3. 时效结果，从工件时效处理前后的参数和峰值扫描曲线可以看出，共振峰值发生了明显变化。振后a-n曲线振后共振峰值较振前降低了30.3m/s²，并左移了14r/min。

水轮机顶盖振动时效消除应力

水轮机顶盖重量为12460kg，具体步骤如下；

1. 准备，采用JH-300A振动时效设备。根据水轮机顶盖的结构特点，对称布置2块橡胶垫作为工件支撑，激振器固定在两支撑中间，并在适当的位置放置拾振器。

2. 时效处理，首先根据水轮机顶盖的重量和结构特点，选择60%的激振器偏心号数进行试振，找出工件的共振频率（9560r/min）；然后根据试振情况，选择60%的激振器偏心号数和接近工件共振频率的时效频率（9500r/min），对工件进行20min的时效处理，并记录打印顶盖振动时效参数为：处理时间ΣT=20min；振前加速度a=62.2m/s²；振前共振转速n=9560r/min；振后加速度a’=56.7m/s²；振后共振转速n’=9550r/min。

3. 结果分析，从a-t、a-n曲线图可以看出共振峰值发生了明显变化，振后a-n曲线振后共振峰值较振前降低了5.5m/s²，并左移了10r/min。

振动时效效果分析

从以上两工件时效前后的a-t和a-n曲线可以看出，其a-n曲线共振峰值都有明显变化，符合GB/T 25713-2010《焊接构件振动时效工艺参数选择与技术要求》6.1条中a-n曲线振后共振峰值发生单向特征或组合特征变化的评判要求，判定两工件通过振动时效均取得了较好的消除应力效果。

试验证明振动时效工艺可用于降低水轮机底环、顶盖的加工残余应力，对保证工件加工尺寸的稳定性有较大作用。