CN102676793A - 大型筒阀消应力和稳定尺寸的振动时效工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型筒阀消应力和稳定尺寸的振动时效工艺，采用振动时效的方法对筒阀进行振动消除应力处理，确定了筒阀振动时效工艺过程中的支撑位置、激振位置、拾振器位置、振动时效时间等工艺参数，通过振动时效有效地稳定了筒阀的尺寸精度，解决了大型筒阀这种大直径薄壁圆筒结构的机械加工变形问题，有效提高了筒阀的加工质量及生产效率，与此同时，减少了资源能源消耗，降低了温室气体排放，创造良好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域：本发明涉及一种大型筒阀消应力和稳定尺寸的振动时效工艺。
背景技术：水轮机圆筒阀是法国Neyrpic（现ASLSTOM）公司于1947年提出的专利，它是一个位于水轮机导叶与转轮或导叶与座环之间的可垂直移动的薄壁圆筒，圆筒阀在水轮机运行时，可有效保护水轮机导水机构，减少停机时漏水造成的间隙空蚀和泥沙磨损，延长机组使用寿命，确保机组开停机迅速，长期运行稳定，提高了电站的效率，目前，国内外已有60多台筒阀通入运行，
近年来，我国大型水电机组采用圆筒阀的结构越来越多，在机械加工过程中，这些大直径薄壁圆筒存在加工变形的问题，增加了后续生产的难度，带来了人员和工时的大量投入，不但消耗人力、物力，而且严重影响加工质量和生产效率，传统采用消除应力热处理的方法稳定筒阀尺寸，控制变形，但对于直径特别大的大型筒阀，对热处理设备及热处理技术均有较高要求，采用热处理消除应力存在较大困难，同时，热处理过程存在高能耗及温室气体排放问题，
发明内容：本发明的目的是一种大型筒阀消应力和稳定尺寸的振动时效工艺。本发明的技术方案为：大型筒阀消应力和稳定尺寸的振动时效工艺，采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力时效处理，从而稳定其尺寸精度，控制机械加工过程的变形：施行振动工艺过程中，筒阀所处状态为：在筒阀四个组块分别采用组焊和螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆之后，在车削加工之前，采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力稳定尺寸处理，组焊形成的两个组块采用螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆，筒阀处于组圆后；车削加工前的状态，筒阀的支撑部分由橡胶垫和方箱构成，采用四点支撑的方式，每个支撑部分呈90°分布在筒阀的每个组块下沿的中部（共四块），激振器装卡在焊接连接的两块组块的下沿焊缝附近，位于两个支撑部分的中间部位，采用C形夹将激振器紧密固定在筒阀上，磁吸式拾振器安放于激振器所在部位的筒阀的上部，焊缝的另一侧，完成激振器控制器的联结，采用亚共振时效的方式对筒阀进行振动时效，即：用激振器对工件施加周期性外力，在工件共振频率的亚共振区对工件施加振动，产生动应力，与残余应力叠加，发生塑性屈服，从而降低峰值残余应力，使残余应力分布均化，振动时效时间为12分钟。
本发明的工作原理为：在筒阀四个组块分别采用组焊和螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆之后，在车削加工之前，采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力稳定尺寸处理，筒阀采用四点支撑的方式，每个支撑部分承90°分布在筒阀的每个组块的中部，支撑部分由橡胶垫和方箱构成，其中橡胶垫位于筒阀与方箱之间，从而保证筒阀能够平稳的置于支撑点之上，为保证振动效果，有效消除筒阀焊接部位的残余应力，激振器装卡在焊接连接的两块组块的下沿焊缝附近，位于两个支撑部分的中间部位，采用C形夹将激振器紧密固定在筒阀上，拾振器安放于激振器所在部位的筒阀的上部，焊缝的另一侧，完成激振器控制器的联结，采用亚共振时效的方式对筒阀进行振动时效，设定转速范围，进行扫频，获得振动时效频率，然后，开始进行振动时效处理，振动时效时间为12分钟。本发明的有益效果是：获得了一种振动时效消除大型筒阀残余应力，稳定尺寸，控制加工变形的新方法，在稳定大型筒阀尺寸精度方面取得良好效果，有效地解决了大型筒阀这种大直径薄壁圆筒结构的机械加工变形问题，提高了筒阀的加工质量及生产效率，同时，能耗低且无温室气体排放，具有良好的经济效益和社会效益。
振动消除应力技术广泛应用于机械制造业金属工件铸、锻、焊以及机加工后的残余应力消除和均化，稳定尺寸精度方面效果良好，在航空、航天、兵器、发电设备、机床、模具、核工业、工程机械等各个领域有着广泛的应用，与此同时，能够有效地减少资源能源消耗，降低温室气体排放，创造良好的经济效益和社会效益，
本发明振动时效消除大型薄壁筒阀（直径Φ≈1000mm，壁厚D≈240mm）残余应力，稳定尺寸，控制加工变形的新方法，在稳定尺寸精度方面效果良好，摆脱了热处理工艺带来的诸多限制与问题，具有易操作、成本低、效率高、零排放的特点，有效地解决了大型筒阀这种大直径薄壁圆筒结构的机械加工变形问题，提高了筒阀的加工质量及生产效率。
附图说明
图1为筒阀结构示意图
图2为筒阀截面示意图
图3为支撑部分结构图
图4为支撑位置分布图
图5为激振器及拾振器位置分布图
具体实施方式
采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力时效处理，从而稳定其尺寸精度，控制机械加工过程的变形：施行振动工艺过程中，筒阀1所处状态为：在筒阀四个组块分别采用组焊和螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆之后，在车削加工之前，采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力稳定尺寸处理，组焊形成的两个组块采用螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆，筒阀处于组圆后；车削加工前的状态，筒阀的支撑部分由橡胶垫2和方箱3构成，采用四点支撑的方式，每个支撑部分呈90°分布在筒阀的每个组块下沿的中部（共四块），激振器5装卡在焊接连接的两块组块的下沿焊缝附近，位于两个支撑部分的中间部位，采用C形夹6将激振器紧密固定在筒阀上，磁吸式拾振器4安放于激振器所在部位的筒阀的上部，焊缝的另一侧，完成激振器控制器的联结，采用亚共振时效的方式对筒阀进行振动时效，即：用激振器对工件施加周期性外力，在工件共振频率的亚共振区对工件施加振动，产生动应力，与残余应力叠加，发生塑性屈服，从而降低峰值残余应力，使残余应力分布均化，振动时效时间为12分钟。
本发明具体实施安装方法：振动时效前筒阀1结构如图1、图2所示，筒阀1由四个组块分别采用组焊（位置Ⅰ）和螺栓把合（位置Ⅱ）的方式组圆而成，在车削加工之前，采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力稳定尺寸处理，组焊形成的两个组块采用螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆，筒阀处于组圆后，车削加工前的状态。首先对筒阀进行支撑，支撑部分结构如图3所示，由橡胶垫2和方箱3构成；支撑位置分布如图4所示，采用四点支撑的方式，每个支撑部分（Ⅲ）呈90°分布在筒阀的每个组块下沿的中部（保证α为45°左右）。然后对激振器5进行装卡，装卡位置如图5所示，位于焊接连接的两块组块的下沿焊缝附近，位于两个支撑部分的中间部位，采用C形夹6将激振器紧密固定在筒阀上，磁吸式拾振器4位置如图5所示，放置于激振器所在部位的筒阀的上部，焊缝的另一侧。最后，完成激振器控制器的联结，采用亚共振时效的方式对筒阀进行振动时效，振动时效时间为12分钟。
Claims (1)
1.一种大型筒阀消应力和稳定尺寸的振动时效工艺，其特征是：采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力时效处理，从而稳定其尺寸精度，控制机械加工过程的变形：施行振动工艺过程中，筒阀（1）所处状态为：在筒阀四个组块分别采用组焊和螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆之后，在车削加工之前，采用振动时效的方法对筒阀进行消除应力稳定尺寸处理，组焊形成的两个组块采用螺栓把合的方式完成整个筒阀的组圆，筒阀处于组圆后；车削加工前的状态，筒阀的支撑部分由橡胶垫（2）和方箱（3）构成，采用四点支撑的方式，每个支撑部分呈90°分布在筒阀的每个组块下沿的中部（共四块），激振器（5）装卡在焊接连接的两块组块的下沿焊缝附近，位于两个支撑部分的中间部位，采用C形夹（6）将激振器紧密固定在筒阀上，磁吸式拾振器（4）安放于激振器所在部位的筒阀的上部，焊缝的另一侧，完成激振器控制器的联结，采用亚共振时效的方式对筒阀进行振动时效，即：用激振器对工件施加周期性外力，在工件共振频率的亚共振区对工件施加振动，产生动应力，与残余应力叠加，发生塑性屈服，从而降低峰值残余应力，使残余应力分布均化，振动时效时间为12分钟。
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