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水轮机组转轮室焊接应力的振动时效研究
富春江富士水电设备有限公司（311504） 李刚
摘要：由Q235A与S135两种材质分成两瓣组装焊接转轮室，一瓣采用热时效，一瓣采用振动时效，并在时效前后分别进行应力测量及尺寸测量，发现采用振动时效的，应力得到明显降低和均化，尺寸稳定性能大幅度提高，割去工艺支撑后变形很小不需进行尺寸矫正；采用热时效处理的一瓣，应力得到大幅度降低，割去工艺支撑后与往常一样变形很大需对尺寸进行矫正。
关键词：转轮室 焊接应力 振动时效 研究
转轮室是水轮发电机组中重要的结构件之一，它由Q235A与S135两种材质组焊而成。因焊接残余应力复杂，焊接后必须消除残余应力，以确保其尺寸稳定。因其属于异种钢焊接件，若采用热时效，会因两种材质线膨胀系数不同而再生热应力，割撑后需进一步火焰矫正尺寸，这样不仅影响产品质量（见图1中火焰调开痕迹），而且增加制作成本和延长制作工期。
振动时效可方便快捷地去除或均化焊接残余应力，其去应力效果与热时效相当，尺寸稳定效果好于热时效。
为证明上述结论对转轮室的适用性，我们针对两个相同的半圆筒体转轮室（Q235与S135焊接件）A与B进行如下对比实验：1、时效前测A与B的焊接残余应力；2、A件热时效、B件振动时效；3、测时效后A与B残余应力；4、测量去掉焊接工艺支撑后A与B的尺寸变化量。
一、 工件草图与应力测点
A件（热时效）我们仔转轮室上选择6处地方，每一处选择了距逢2cm、4cm二点，对其进行测量，具体位置见下图：
B件（振动时效）我们在转轮室上选择了8处地方，每一处选择距焊缝2cm、4cm二点，对其进行测量，具体位置见下图：
二、 对A、B两工件做时效前应力测试，结果见表A、表B。
据表可见，热时效后应力降低并大多数变为压应力，振动时效后应力大幅度降低，部分变为压应力，应力幅值明显均化。
三、 时效
A件测应力后送去热时效
B件测应力后进行振动时效：
选用SSIN80A振动时效系统，将工件用轮胎三点自由支撑，激振器卡在半圆筒S135边法兰端角部，电机轴与半圆筒轴垂直、与半圆筒直径平行，激振器偏心调为60°，振前扫频曲线见图3 ，经观察，半圆筒体B在6400r/min左右为周向高阶弯曲，根据加速度振幅最终选在6447r/min处进行时效，14min后加速度值上升变平，时效曲线见图4 ，满足JB/T5926.2-91中4.1.2.a,因此可以判定该工件已达到时效目的。为进一步验证该工件时效效果，又进行振后扫频，曲线见图5 ，发现被时效峰前移升高，满足JB/T5926.2-91中4.1.2.C，证明确实已达到时效效果。时效完毕。
四、 测量去掉焊接工艺支撑后工件尺寸变化量。
时效后，把A、B两个半圆筒的焊接工艺支撑去掉，沿半圆筒轴向测量半圆筒直径变化，结果如下：A件（热处理）直径变化为+10-+28mm,与往常该工件变化数据相近；B件（振动时效）直径变化只有-4-+5mm，A件需进一步实施火焰矫正方可满足尺寸要求，B件可直接转入下道工序。
五、 结论
本次试验足以证明：
1、在科学地选择有效振型、对工件关键部位施加上合适动应力后，振动时效能有效降低和均化残余应力值、能极好地稳定焊接件特别是异种钢焊接后的尺寸稳定性。
2、振动时效比热时效更节能、省时、效益显著。
参考文献：
１、汤小牛、刘久明•振动时效•济南：机械工业部济南铸造锻压机械研究所，1998
２、JB/T5926-91振动时效工艺参数选择及技术要求，1992
３、机械设计手册（第一卷）•机械工业出版社，1992
摘要：由Q235A与S135两种材质分成两瓣组装焊接转轮室，一瓣采用热时效，一瓣采用振动时效，并在时效前后分别进行应力测量及尺寸测量，发现采用振动时效的，应力得到明显降低和均化，尺寸稳定性能大幅度提高，割去工艺支撑后变形很小不需进行尺寸矫正；采用热时效处理的一瓣，应力得到大幅度降低，割去工艺支撑后与往常一样变形很大需对尺寸进行矫正。
关键词：转轮室 焊接应力 振动时效 研究
转轮室是水轮发电机组中重要的结构件之一，它由Q235A与S135两种材质组焊而成。因焊接残余应力复杂，焊接后必须消除残余应力，以确保其尺寸稳定。因其属于异种钢焊接件，若采用热时效，会因两种材质线膨胀系数不同而再生热应力，割撑后需进一步火焰矫正尺寸，这样不仅影响产品质量（见图1中火焰调开痕迹），而且增加制作成本和延长制作工期。
振动时效可方便快捷地去除或均化焊接残余应力，其去应力效果与热时效相当，尺寸稳定效果好于热时效。
为证明上述结论对转轮室的适用性，我们针对两个相同的半圆筒体转轮室（Q235与S135焊接件）A与B进行如下对比实验：1、时效前测A与B的焊接残余应力；2、A件热时效、B件振动时效；3、测时效后A与B残余应力；4、测量去掉焊接工艺支撑后A与B的尺寸变化量。
一、 工件草图与应力测点
A件（热时效）我们仔转轮室上选择6处地方，每一处选择了距逢2cm、4cm二点，对其进行测量，具体位置见下图：
B件（振动时效）我们在转轮室上选择了8处地方，每一处选择距焊缝2cm、4cm二点，对其进行测量，具体位置见下图：
二、 对A、B两工件做时效前应力测试，结果见表A、表B。
据表可见，热时效后应力降低并大多数变为压应力，振动时效后应力大幅度降低，部分变为压应力，应力幅值明显均化。
三、 时效
A件测应力后送去热时效
B件测应力后进行振动时效：
选用SSIN80A振动时效系统，将工件用轮胎三点自由支撑，激振器卡在半圆筒S135边法兰端角部，电机轴与半圆筒轴垂直、与半圆筒直径平行，激振器偏心调为60°，振前扫频曲线见图3 ，经观察，半圆筒体B在6400r/min左右为周向高阶弯曲，根据加速度振幅最终选在6447r/min处进行时效，14min后加速度值上升变平，时效曲线见图4 ，满足JB/T5926.2-91中4.1.2.a,因此可以判定该工件已达到时效目的。为进一步验证该工件时效效果，又进行振后扫频，曲线见图5 ，发现被时效峰前移升高，满足JB/T5926.2-91中4.1.2.C，证明确实已达到时效效果。时效完毕。
四、 测量去掉焊接工艺支撑后工件尺寸变化量。
时效后，把A、B两个半圆筒的焊接工艺支撑去掉，沿半圆筒轴向测量半圆筒直径变化，结果如下：A件（热处理）直径变化为+10-+28mm,与往常该工件变化数据相近；B件（振动时效）直径变化只有-4-+5mm，A件需进一步实施火焰矫正方可满足尺寸要求，B件可直接转入下道工序。
五、 结论
本次试验足以证明：
1、在科学地选择有效振型、对工件关键部位施加上合适动应力后，振动时效能有效降低和均化残余应力值、能极好地稳定焊接件特别是异种钢焊接后的尺寸稳定性。
2、振动时效比热时效更节能、省时、效益显著。
参考文献：
１、汤小牛、刘久明•振动时效•济南：机械工业部济南铸造锻压机械研究所，1998
２、JB/T5926-91振动时效工艺参数选择及技术要求，1992
３、机械设计手册（第一卷）•机械工业出版社，1992
