大型闪速炉消除应力方法研究

闪速炉是铜闪速熔炼技术的关键设备，主要由反应塔塔体、反应塔框架、上升烟道和沉淀池等四大部分组成。反应塔框架由四根立柱及其他横梁组成，材质为Q235-C。按设计要求反应塔中上部筒体和框架立柱焊后需进行消除应力处理。传统做法是采用热时效，但热时效投入成本高、能源消耗大。经过讨论研究后，决定改用振动时效工艺对闪速炉进行消除应力处理。

振动时效消除应力流程

振动时效工艺参数

1. 选择合适的激振设备  我们选择JH-600A液晶交流振动时效设备，其稳频精度达到±0.1Hz，振动频率可连续调节，具有自动扫频功能，因此很容易找到工件的固有频率。并且此设备有残余应力动态跟踪功能，消除率更高。

2. 正确确定激振器的位置，一般情况下，对于对称结构，激振器一般应放置在工件的中心或重心位置，注意避开加强肋或者转角处，不要安装在节线附近。用C型卡钳将激振器牢固地加持在工件上，以免因能量受损而影响消除应力效果。

3. 合理支撑工件  支撑点应尽量选在节线附近，支撑垫采用橡胶垫等弹性材料。

4. 选用合适的激振频率  调整激振器的频率，当激振器频率与工件固有频率接近时发生共振，工件振幅达到一个峰值，再次调节激振器频率，使合成振动在亚共振区域进行，此时，工件所受到的激振力可控制在规定范围内，以免破坏结构。

5. 确定合理的振动时间  振动时间通常可以根据工件的几何形状、尺寸和结构刚性等来确定，一般为十几分钟到几十分钟，我们选择振动时间为30-60min。

振动时效工艺效果分析

振动时效曲线分析

根据上述讨论的情况，我们制定了振动时效工艺卡，并对一根立柱进行了试验，记录并对比振前、振后的振幅频率A-F曲线。如果峰值点左移且升高，表明阻尼下降，内应力降低。

残余应力测试

根据振动时效工艺卡，我们用振动时效方法处理了四根立柱，6节中部筒体及一节上部筒体，并采用X射线对部分工件进行了振前、振后残余应力测试。

数据分析

1. 从测得残余应力数值可以看出，工件进行振动时效处理后，残余应力得到显著的下降，均超过了30%。振动消除应力效果非常明显。

2. 从残余应力测试数据来看，如果振动后的残余应力与工作应力相迭加后，部件设计的工作应力为80MPa，则不会超过材料的屈服极限（240MPa）。即使在残余应力最大为115MPa处，仍保有一定的余量，从而提高了工件的承载能力。

3. 还可以看出，振后应力分散程度比振前有一定的改善，这说明振动时效还受到应力均化的作用，从而提高了工件尺寸的稳定性。

总结

根据实验结果可知，振动时效工艺能够满足闪速炉消除应力的要求。且振动时效技术操作简单、环保节能、投资成本低。