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某電站閘門為單閥式高壓平面滑動閘門，門葉整體尺寸為4800mm*4950mm*980mm，總重36t。為便于安裝及運(yùn)輸，閘門在設(shè)計時分2節(jié)制造，*大單節(jié)尺寸為4800*2630mm*980mm，為提高閘門在高水壓負(fù)荷下的強(qiáng)度及防止閘門焊后應(yīng)力分布不均勻而影響閘門尺寸穩(wěn)定性，設(shè)計要求閘門在拼裝焊接完成后進(jìn)行消除應(yīng)力處理。本文以某水電站閘門消除應(yīng)力方法為例，探討局部退火與振動時效復(fù)合消除應(yīng)力方法在閘門整體消應(yīng)力中的應(yīng)用。

閘門消除應(yīng)力處理

以往常用的消除應(yīng)力方法是退火消應(yīng)力方法，但由于閘門外形尺寸大，難于進(jìn)行整體退火，只有對閘門主要受力的Ⅰ、Ⅱ類焊縫進(jìn)行局部退火處理。對閘門進(jìn)行局部退火前，先仔細(xì)分析閘門哪些部位焊接量大，且產(chǎn)生的應(yīng)力將對閘門產(chǎn)生較大的影響，對于這些部位要作為局部退火的重點。如果條件允許，盡可能先將這部位單獨(dú)拼裝焊接成一個零部件，消除應(yīng)力并校正變形后再與閘門進(jìn)行整體拼裝，這樣能*大程度地減少焊接應(yīng)力在閘門內(nèi)的聚集。

閘門共有6根長4392mm的T字形主梁，主梁后翼緣為48mm厚鋼板，前翼緣直接與面板焊接，T字形主梁腹板與后翼緣的焊接量約占閘門整體焊接量的18%，并且這些焊縫主要集中在閘門的背水面，若在閘門拼裝完成后再進(jìn)行整體焊接，這部分應(yīng)力將全部聚集在閘門內(nèi)難以釋放，故閘門制造時先將T字形主梁焊接成單個構(gòu)件，消除應(yīng)力并校正變形后再與閘門進(jìn)行整體拼裝，從而達(dá)到減少閘門內(nèi)部焊接應(yīng)力總量的目的。

閘門局部退火消應(yīng)力主要采用履帶式電加熱板，將其緊緊固定在要進(jìn)行退火的焊縫上，同時合理布置溫度探頭位置，連接溫度控制設(shè)備后按退火工藝進(jìn)行退火。由于閘門為箱型結(jié)構(gòu)，止水面與背水面兩側(cè)都有大量焊縫需要退火處理。閘門在平放狀態(tài)下，難以將履帶式電加熱板同時固定在止水面與背水面兩側(cè)，只能采取先止水面后背水面的順序進(jìn)行局部退火。局部退火雖然能一次性消除焊縫內(nèi)80%-1o0%的應(yīng)力，使閘門的鋼材在“回復(fù)”階段物理性能得以恢復(fù)，但同時局部退火區(qū)域的顯微組織不可避免地發(fā)生再結(jié)晶、晶粒持續(xù)長大等現(xiàn)象。這就導(dǎo)致鋼材局部退火區(qū)域的強(qiáng)度、塑性、晶粒大小與整體不一致，從而在閘門局部退火區(qū)域的四周產(chǎn)生新的二次應(yīng)力。由于這種二次應(yīng)力不會在焊縫內(nèi)聚集，且其遠(yuǎn)小于焊接應(yīng)力，因此不會對鋼結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響，但是，如果這種應(yīng)力大量集中在閘門的某個區(qū)域或單側(cè)將影響到閘門尺寸穩(wěn)定性。

對于這種二次應(yīng)力需要有一種既能將其消除或降低峰值但同時不改變閘門材料顯微結(jié)構(gòu)的方法。目前常用的消應(yīng)力方法主要有熱時效、振動時效、自然時效。其中振動時效和自然時效不改變閘門材料的顯微結(jié)構(gòu)，但由于自然時效耗時長，影響生產(chǎn)成本，不適合生產(chǎn)企業(yè)使用。振動時效耗能少、時間短、并且不會改變閘門材料顯微結(jié)構(gòu)，符合消除閘門二次應(yīng)力又不改變材料顯微結(jié)構(gòu)的要求。

閘門振動時效前，先根據(jù)閘門的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)特點、整體尺寸等因素，初步確定振動頻率、振動幅值、激振力大小、激振點、支撐點、拾振點等參數(shù)。振動頻率的確定主要通過振動時效設(shè)備的自動掃頻功能，測出閘門在一定頻率范圍內(nèi)不同振型的數(shù)個共振頻率，在測出的共振頻率中選擇一個在設(shè)備*佳負(fù)載范圍內(nèi)的頻率作為主振頻率。選擇激振力首先要考慮激起的動應(yīng)力方向應(yīng)與閘門主要二次應(yīng)力方向相同或相近，以便動應(yīng)力σ_d與二次應(yīng)力σ疊加，且σ_d+σ≥σ_a（材料屈服強(qiáng)度極限），使閘門的二次應(yīng)力分布區(qū)域產(chǎn)生少量的塑性變形，從而降低應(yīng)力峰值及均化，考慮到閘門主要消除的是局部退火產(chǎn)生的二次應(yīng)力，由于這部分應(yīng)力相對較小，所以施加給閘門的*佳動應(yīng)力不應(yīng)超過0.07KN/mm²。閘門主體結(jié)構(gòu)為箱形，整體剛度較大且不存在明顯強(qiáng)度降低的部位，因此，激振點設(shè)置在止水面上的主梁與縱梁相交處且相對正中的位置，可使閘門整體均勻且動應(yīng)力與二次應(yīng)力方向相同。拾振點選在主振頻率的波峰位置并可能靠近閘門振幅衰減較大的邊緣處，為避免閘門在振動時效過程中產(chǎn)生過大的振動，應(yīng)將支撐點選在波節(jié)處。閘門在振動時效消除應(yīng)力工藝過程中由于包xin格效應(yīng)，使得閘門在經(jīng)一定時間振動時效循環(huán)后，閘門材料的當(dāng)量屈服強(qiáng)度開始上升，直到與所受的應(yīng)力相等，工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形。此時，塑性變形變成彈性變形，工件的彈性性能得到強(qiáng)化，閘門的幾何尺寸趨于穩(wěn)定。

結(jié)語

電站閘門經(jīng)過了局部退火和振動時效兩種消應(yīng)力方法的綜合處理，采用盲孔法對消除應(yīng)力部分閘門進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，主要受力焊縫的應(yīng)力消除程度在80%-90%，二次應(yīng)力消除程度在40%-60%，達(dá)到與整體退火消應(yīng)力相等的效果。局部退火與振動時效相結(jié)合的復(fù)合消應(yīng)力方法具有高效、節(jié)能、不改變閘門整體母材顯微結(jié)構(gòu)及物理性能等眾多優(yōu)點，具有很高的實用及推廣價值。