振動時效技術在能源工程中的應用

摘 要：文章分析了振動時效科技在能源項目中的具體使用情況。通過分析得知，經由此作用之后的部件的殘力變低，形變現象不明顯，花費的資金也減少了，相應的效率得到了顯著的提升。應用動態機械分析儀（DMA）采用激光焊接小試樣，通過對基于應變幅度的阻尼多次測量，模擬材料振動時效過程，連續3次的振動測量試驗表明，在不一樣的振力模式之下，其阻尼的變動是不一樣的，如果振動力比較的高的話，此時的阻尼就會增高。它會伴隨速率的提升而變快。

關鍵詞：振動時效；能源工程；殘余應力；阻尼

此處講到的振動效應是說對于處理制后的零件施加一種振動力，這樣就能降低其中的殘力，確保力分散，進而確保部件的尺寸是合理的，切實的提升運作的品質。因為在制作的時候發生了變形現象，部件里存在力，產生的變形現象因為受到制約而無法復原。振動時效就是用周期性的動應力與殘余應力疊加，此時部分區域出現變形，將剩下的力釋放。在開展振動處理的時候，對部件釋放一種應力，如果這種交變應力幅與構件上某點所存在的殘余應力疊加達到構件的屈服應力，此時它就會發生一種變形問題，導致之前的力變弱，那些不牢靠的余力就會變得松散。就算是不具有屈服性的話，此類力會導致細微之處的變化，此時會發生變形現象，上述的內容是振動消除殘余應力的機理。

1 關于該項技術在核聚變設備中的具體意義

1.1 大底板

為了確保結構的尺寸合理，焊接之后的要將其中的殘力去除，結合材料自身的一些特征，熱時效活動無法有效的落實，使用振動技術的話，可以獲取優秀的意義，將其中的殘力去除，以此來確保構造的穩定性。事實上來看，底板在不管是在什么樣的頻率狀態中，如果他的動力非常大的話，就可以將力有效的分散開來，進而確保品質優秀。不過通過振動相關的知識可以明確，在零件的共振狀態中開展的活動，其振動的處理用時不多，而且意義很優秀。能量的耗損也不高。而且，也會由于部分區域的力的聚集而導致縫隙現象存在。被振工件為304L圓形大底板組件。全焊接結構，板厚30～70mm，分段加工，分段振動時效。根據底板的形狀和構造確定用鼓型振動或彎曲振動方式來對底板進行共振處理。鼓型振動：將激振器固定在底板的中央空心處，加速度傳感器放在底板邊緣，如同擊鼓一般進行振動；彎曲振動：將激振器固定于底板邊緣，從而使整個底板呈扭曲運動。

根據JB/T5926-1991標準口]，進行殘余應力分析，結果見表1，表中σmax為最大主殘余應力，σmin為最小主殘余應力，τ為剪應力，以為縱向殘余應力，σx為橫向殘余應力。試驗結果表明：振動時效后，構件的殘余應力下降，應力分布均化，底座組件的穩定性和抗變形能力提高，按第二強度理論，振動后測點τ-σmax值的主流向安全方向移動，如圖1所示。

1.2 真空裝置

真空室是HT-7U超導托卡馬克核聚變試驗裝置主機關鍵部件。本試驗中對材料為304 L的真空裝置采用焊后振動時效。測量結果見圖2。結果表明：板的最大殘余應力平均值arm。有顯著降低，由振動時效前的185MPa降低為振動時效后的87MPa，下降了53%。

2 振動時效的DMA模擬

DMA2980動態機械分析儀可在常溫下進行變頻或變幅的阻尼（內耗）測量，通過對DMA阻尼測量的原理進行分析研究后得出，假如測量是在平時的氣溫模式之中開展的話，此時和該項工藝在本質中是一樣的，假如把相同的試樣持續的開展該項測量活動的話，就相當于持續的開展該項活動。由于存在這種理論，對于那些沒有經受過分析的試件，和存在縫隙現象的要開展多次的分析測試，以此來論述經由特定時間的處理之后，構造的阻尼出現了很大的變化。

用于模擬振動時效試驗的304L試樣分為無焊縫試樣和縱向焊縫試樣，尺寸均為：40mm×8mm×0.8ram（長×寬×厚），每種試樣在DMA2980試驗機上進行3次變應變幅度的單懸臂振動模式阻尼測量，每次振動時間約120s，振動頻率40Hz。

2.1 沒有被焊接的樣本的阻尼的改變情況

圖3是無焊縫試樣的連續三次阻尼測量結果，圖中可見第2、3次振動測量的阻尼幾乎重合，對于較小的應變區域，較之于第一次有了顯著的提升，它和第一次的變形之后發生的位錯密度的增加有著非常緊密的關聯，在較大的變動區間之中，形變阻尼成為主要阻尼源，三次振動測量的阻尼基本重合。

2.2 縱向焊縫試樣的阻尼變化縱向焊縫試樣有三種，代表不同的線能量焊接方法，對應的焊接速度υ=20，15，10mm/s，三種狀態的焊縫試樣應變阻尼測量結果如圖4所示。

將圖4（a）、（b）、（c）與圖3對比可以看到，和沒有焊縫的是相同的，焊接之后的兩次測量的結局是基本一樣的，表示著經由變形的試樣的阻尼還是會具有優秀的穩定性特點，并不會由于時間的改變而發生顯著的變動，它和活動中的加速度的變動是相同的。

在較小的區間之中，存在縫隙的試樣和沒有縫隙的在阻尼的變動性上沒有非常多的差異。也就是說首次的要較之于后次的阻尼低。如果區間變大的話，它們之間是存在一定的差異的，前一次的要較之于后次的低，而不像無焊縫試樣那樣與第1次振動測量的阻尼重合，這與焊后試樣的組織不均勻和應力不均勻有關.值得關注的是，在應變幅度為0.1%左右，對應于位錯脫釘、阻尼顯著增加之前，三次振動測量的阻尼有明顯的接近趨勢，一般看來，它和位錯的密度以及其他的一些變動之間存在著非常緊密的關聯。共振型的位錯阻尼正比于位錯密度和可動位錯長度的四次方，連續DMA試驗，隨著試樣形變的增加導致位錯密度增大，阻尼增加；過大的位錯密度，又使可動位錯長度減小，大量位錯被釘扎導致位錯脫釘前振動阻尼處于相對穩定的值。

通過對比第四幅圖中的，不一樣的焊接模式之中的三次曲線我們得知，如果變化區間不是很大的話，所有的阻尼是持續變高的。當該幅度超過0.1%后，后續的兩次會呈現出下降的態勢。很明顯，使用該曲線來分析振動的意義的時候，不應該認為阻尼變小會使得振峰朝左變化。

3 結束語

文章分析了該項技術在能源行業中的具體應用，通過測試得知它能夠合理的降低殘存的力，提升精確性，以此來保證構件的品質是優秀的，保證安全性合理。利用小試樣多次DMA試驗模擬材料振動時效過程.通過持續的三次活動得知，如果激振力比較的高的話，阻尼的改變會存在一個先升高然后變低的步驟，如果焊接的速率非常快的話，阻尼就會高。通過分析我們得知，阻尼和位錯定扎措施之間存在關聯。在較高的速率狀態中，位錯被提升。和那些沒有縫隙的試樣比對來看，如果應變的振動幅度非常大的話，此時的阻尼就會增高。它會伴隨速率的提升而變快。