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*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。