汽轮机环式隔板振动时效工艺应用

汽轮机的环式隔板是用来固定导叶叶片的。该隔板的板体和外环均采用相同的碳素钢制成，而导叶则采用马氏体不锈钢。隔板结构采用焊接式，其焊缝总长度可达几十米。为了消除焊接过程中产生的残余应力，对隔板要进行回火热处理及消除氧化皮的喷砂处理。因此，消除隔板残余应力的生产周期较长，还需额外增加喷砂工序。尤其是异种钢焊接结构，在进行去应力热处理时，由于不同材料的膨胀系数不同，在相同的温度下的膨胀值也不同，从而会产生新的热应力。而采用振动时效技术代替热时效消除焊接残余应力，不仅能够缩短生产周期，减少喷砂工序，还能降低生产成本，克服热时效产生的不良影响。

环式隔板振动时效工艺

环式隔板由上下两半组成，这两半需分别进行时效处理。激振器常固定在内环的一端，传感器吸附在外环的一端，橡胶垫分别垫在外环的位置。

激振方式采用标准时效或频谱时效。实施标准时效时，激振力的选择，振型最大加速度值30-70g的范围来确定。频谱时效，激振力的调整，起始偏心应在90%以上，振型最大加速度值在30-80g之间，在7个频率中选2-3个频率，振型最大加速度值在50-70g的范围内选取。此时的传感器的位置尽可能地兼顾每个频率的最大振幅处。激振时间则由程序软件控制。本次设备采用的是南京聚航科技有限公司的JH-300A全功能频谱振动时效装置，拥有频谱谐波时效技术，可获得工件多阶共振频率的多个振型。工艺简单，功能齐全。

振动时效工艺效果评定

实测法

根据环式隔板热时效的检查标准，对30余副隔板在振动时效前后进行了检测，结果显示内环端面与外环的端面距的最大变化量为+3.1mm~-2.5mm，平均变化量为0.35mm。外环直径的最大变化量为±3mm，平均变化量为0.7mm。所有变化均未超过标准范围，且效果优于热时效。

参数曲线观测法

根据GB/T25712-2010标准，通过分析振动时效过程中实时显示和打印的加速度和时间曲线的变化，及加速度和转速曲线的变化，评估振动时效的实际效果，下面列举了标准时效的一例曲线图

从波形图（图a）来分析时效前后的扫频曲线，可以发现加速度和转速曲线的共振峰在振后出现了振幅升高并向左移的情况。影响构件振动的因素之一是构件内部的残余应力，构件的残余应力越大，构件的振动越困难，振幅就越小，反之构件振动容易，在同样的激振力下其振幅也就越大。时效后的扫频结果表明，振动时效后的构件残余应力减少或均化了，振幅则升高了，这正是时效工艺获得的效果。同理，任何构件都有其固有频率，在振动过程中，应力与构件的刚性系数紧密相关，构件通过振动时效处理其刚性系数则随着应力的变化而变化，引起了构件固有频率的变化，使振后的共振峰发生了变化，表明振动时效工艺达到了预定的效果。图b展示了振动时效效果是根据振幅随着时间的变化来判断的，由于各个构件的特性不一样，波形图也不同，此图仅展示了其中的一种变化图形。振动时效的工艺参数一般把频率选在亚共振区，即振动时效给定频率小于共振频率。在振动时效过程中，随着残余应力的变化，构件的固有频率也在发生变化，有时不断地向共振频率移动，甚至超过了时效的给定频率。当构件的固有频率的变化还没有超过给定频率的振幅时间曲线时，随着时间的增加振幅也不断的增大，当构件的固有频率恰好与给定频率重合，这时振幅达到最大值，随着时间的推移，构件的固有频率仍在不断变化。达到时效效果时，构件的固有频率不再变化，振幅时间曲线也就变平了。

结论

1. 环式隔板采用振动时效代替热时效，以提升环式隔板的尺寸稳定性，这一做法在技术上已得到验证，并已被成功应用于生产流程中。

2. 环式隔板的内外环与导向叶片的材料不相同，振动时效工艺更适用于异种钢焊接的构件。

3. 由于采用了频谱时效的方式，实现了多点多频的振动时效工艺，使消除残余应力的效果更好。

4. 环板隔板采用振动时效工艺，生产效益得到了显著的提升。缩短了生产周期，近90%。减少了一道喷砂工序，成本节约高达95%以上，同时实现了清洁生产的环境要求。近两年来，时效环式隔板近300副，重达千余吨，为公司节约生产成本200余万元。