CN108285970B - 海洋钻井平台振动时效方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋钻井平台振动时效方法，涉及钢结构件去应力处理技术领域。海洋钻井平台是一种大型焊接结构件，现有的热时效和振动时效方法均难以对其进行时效处理，本发明是将多台激振器相邻近地固定在海洋钻井平台上，然后启动并控制多台激振器，在海洋钻井平台相同的亚共振频率，同时进行同频亚共振振动，达到有效消除其残余应力的目的，其残余应力平均消除率可达到44.5%，从而解决了海洋钻井平台难以消除残余应力的技术难题，可在海洋钻井平台制造行业上应用。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构件去应力处理技术领域，尤其是一种用于消除海洋钻井平台焊接残余应力的振动时效方法。
背景技术
海洋钻井平台属于大型焊接结构件，体积庞大，重量很重，有的重达上万吨，这种结构件由纵横交错的筋板构成，焊接部位多，焊接后存在很高的分布复杂的残余应力，应力集中现象突出，因此有必要消除这些残余应力。但是现有的热时效和振动时效均无法对海洋钻井平台进行消除残余应力的时效处理。显然要建一个热时效炉对海洋钻井平台热时效根本不可行，而常规的振动时效方法均是采用单台激振器进行处理，由于海洋钻井平台很重，单台激振器的激振力难以获得对海洋钻井平台进行共振所需要的动应力，动应力与残余应力叠加之后，无法超过材料的屈服极限，达不到有效消除海洋钻井平台残余应力之目的，消除海洋钻井平台的残余应力实际上是海洋钻井平台制造行业长期存在的一个世界性技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种能有效地消除海洋钻井平台残余应力的海洋钻井平台振动时效方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种海洋钻井平台振动时效方法，使用多台激振器，包括以下操作步骤：
第一步、将多台所述激振器固定在海洋钻井平台的台面一端端部，使每台所述激振器的电机旋转方向均相同，多台所述激振器均为相邻近设置；
第二步、启动所述激振器，控制每台所述激振器的振动频率均为所述海洋钻井平台的亚共振频率fz，多台所述激振器同时进行同频共振，对所述海洋钻井平台进行振动时效处理；振动时效处理时间为0.5小时～5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²；所述亚共振频率是指该共振峰的最大振动加速度值a的2/3处所对应的所述激振器的电机的转频值。
进一步的：所述台面为多边形，多台所述激振器固定在所述台面的一个边角处。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：1、由于采用多台激振器，在相同一个激振位置，在相同的亚共振频率对海洋钻井平台同时进行振动时效处理，而且振动时效时间较长，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²范围，其激振力就可以成倍地提高，其共振时候产生的动应力与残余应力叠加之后，就可以超过材料的屈服极限，就能达到有效消除海洋钻井平台残余应力的目的,经检测平均残余应力消除率约为44.5%，符合国家标准（GB/T25712-2010）所规定的平均残余应力消除率不低于30%的要求；2、对海洋钻井平台的振动时效处理高效、节能环保，可以解决由残余应力导致的海洋钻井平台质量问题隐患。
附图说明
图1是本发明实施例的采用多台激振器对海洋钻井平台振动时效的示意图。
图2是图1的左视图。
图3是本发明实施例的亚共振频率示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详述。
实施例1：
图1所示的海洋钻井平台2具有台面202和台底201，海洋钻井平台2的台面202为四边形；使用4个支撑垫103放在台底201与支撑面之间，使海洋钻井平台的台面202保持水平，将测振器102设置在台面202的一个边角处，使用两台激振器101，包括以下操作步骤：
第一步、将两台激振器101固定在海洋钻井平台2的台面202与测振器102对角的一个边角处，使每台激振器101的电机旋转方向均相同，两台激振器101均为相邻近设置；这样就可以在同一个位置同一个方向成倍地提高激振器的激振力；
第二步、启动激振器101，控制每台激振器101的振动频率均为海洋钻井平台2的亚共振频率fz，两台激振器101同时进行同频共振，对海洋钻井平台2进行振动时效处理；振动时效处理时间为0.5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²即可；亚共振频率是指该共振峰的最大振动加速度值a的2/3处所对应的所述激振器101的电机的转频值。
实施例2：
使用三台激振器101，包括以下操作步骤：
第一步、将三台激振器101固定在海洋钻井平台2的台面202与测振器102对角的一个边角处，使每台激振器101的电机旋转方向均相同，三台激振器101均为相邻近设置；这样就可以在同一个位置同一个方向成倍地提高激振器的激振力；
第二步、启动激振器101，控制每台激振器101的振动频率均为海洋钻井平台2的亚共振频率fz，三台激振器101同时进行同频共振，对海洋钻井平台2进行振动时效处理；振动时效处理时间为5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²即可；其他特征与实施例1相同。
控制多台激振器101的亚共振振动频率完全相同，并且同时对海洋钻井平台2实施振动时效，这样多台激振器101是同頻共振，其所产生的动应力也是同频率的，其动应力就能够叠加，就能够成倍地提高动应力，而不至于相互抵消。振动时效处理时间设置为0.5小时～5小时，目的是针对这种大型工件，通过较长时间的共振振动，有效地消除其残余应力，而常规振动时效处理时间一般都不超过0.5小时。振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²，目的是获得适当的共振动应力，这个动应力与残余应力叠加后，能够超过材料的屈服极限，从而能够达到有效消除残余应力的目的，也不至于产生共振损伤后果；这个振动加速度值下限设为20m/s²，低于这个数值，这个动应力与残余应力叠加后，不能够超过材料的屈服极限，就不能够达到有效消除残余应力的目的，这个振动加速度值上限为120m/s²，超过这个数值，这个动应力与残余应力叠加后，可能超过材料的断裂极限，就可能出现振裂的后果。
对完成振动时效处理的海洋钻井平台2进行了残余应力、疲劳性能以及微观组织的检测，试验结果如下：
1、振动时效使海洋钻井平台2内部残余应力重新分布，整体的残余应力水平降低，残余应力水平越高的位置降低的幅度越大。振动时效后焊趾处横向残余应力从305MPa降低到196MPa，降幅为36％，纵向残余应力从390MPa降低到185MPa，降幅53％，平均残余应力下降率为44.5%；2、振动时效对海洋钻井平台2疲劳性能无恶化作用，疲劳试件试验数据中最低疲劳寿命为30万次，为未经时效振动处理试件疲劳寿命的2倍；疲劳数据的标准差为1.2万次，约为未经时效振动处理试件的 1/10；3、振动时效过程对海洋钻井平台2的金相学组织没有显著的影响，但是在更为微观的尺度会造成材料中的位错增多，且相互缠结的更加严重，表明振动时效过程中发生了微区的塑性变形，从而降低了残余应力。
Claims (2)
1.一种海洋钻井平台振动时效方法，其特征在于，使用多台激振器（101），包括以下操作步骤：
第一步、将多台所述激振器（101）固定在海洋钻井平台（2）的台面（202）一端，使每台所述激振器（101）的电机旋转方向均相同，多台所述激振器（101）均为相邻近设置；
第二步、启动所述激振器（101），控制每台所述激振器（101）的振动频率均为所述海洋钻井平台（2）的亚共振频率fz，多台所述激振器（101）同时进行同频共振，对所述海洋钻井平台（2）进行振动时效处理；振动时效处理时间为0.5小时～5小时，振动时效过程中控制振动加速度值为20m/s²～120m/s²；所述亚共振频率是指该共振峰的最大振动加速度值a的2/3处所对应的所述激振器（101）的电机的转频值。
2.根据权利要求1所述的海洋钻井平台振动时效方法，其特征在于：所述台面（202）为多边形，多台所述激振器（101）固定在所述台面（202）的一个边角处。
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