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某艦首部總段/首門的建造中，首門的裝焊、首部總段外板的裝焊、首部總段結(jié)構(gòu)的裝焊以及船臺總裝等工序會產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力對首部總段/首門建造的影響非常大。所以在首部總段/首門建造中，必須在首門接觸與船體的焊接約束前降低首部總段/首門內(nèi)的殘余應(yīng)力水平。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采取振動時(shí)效工藝。并對振前前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測，驗(yàn)證其有效性。

殘余應(yīng)力對首部總段/首門建造的影響

1. 在首門三條周邊縫切割結(jié)束后，由于殘余應(yīng)力的釋放，首門會發(fā)生扭曲變形，變形會隨應(yīng)力時(shí)效而加劇，導(dǎo)致首門邊緣與船體過渡不光順，失去首部總段/首門整體建造的意義。

2. 由于工藝要求，在首門銷軸定位前，首門周邊縫不能切割完。在首門銷軸定位和首門周邊縫*切割后，首門的變形將導(dǎo)致銷軸的不同心度增加，可能會影響首門的啟閉。

3. 首部總段/首門建造后的自然時(shí)效會引起首門的變形，同樣可能導(dǎo)致銷軸的不同心度增加，仍然影響首門的使用。

振動時(shí)效工藝

本次設(shè)備使用聚航科技生產(chǎn)的JH-578A數(shù)碼交流振動時(shí)效設(shè)備，采用高速變頻伺服電機(jī)，激振力大，壽命長，時(shí)效效果穩(wěn)定可靠。由激振器、控制主機(jī)、加速度傳感器、夾具等組成。

激振器應(yīng)具有一定的頻率范圍，頻率連續(xù)可調(diào)，在振動過程中具有足夠的穩(wěn)頻精度。一般來說，構(gòu)件的固有頻率可通過掃頻的方法確定，可使構(gòu)件在其固有頻率附近產(chǎn)生共振；激振位置應(yīng)產(chǎn)生足夠大的激振力，以滿足使被振構(gòu)件產(chǎn)生足夠動應(yīng)力的要求。其中激振器由偏心機(jī)構(gòu)和電動機(jī)組成，頻率達(dá)160HZ，*大激振力為F=（2πf）²mr。

殘余應(yīng)力應(yīng)力測試

為了研究和分析振動時(shí)效的有效性，所以要在振動前后對首部總段/首門進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。本次測試采用磁測法檢測殘余應(yīng)力，這是一種無損殘余應(yīng)力測試方法。

首部總段/首門應(yīng)力測試點(diǎn)選在焊縫密集區(qū)域，位于首部總段下頜的平臺上，沿首門下緣分布，這些點(diǎn)靠近激振點(diǎn)，可以更準(zhǔn)確地反映振動時(shí)效時(shí)構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力的變化。

振動時(shí)效工藝流程

從理論上講，振動與切割首門邊緣縫兩工序交替次數(shù)越多越好，但由于工期和成本的限制，最終確定上述工序交替兩次。

*一次振動和前后應(yīng)力測試

*一次切割：每舷兩段，每段長約1m；兩舷共計(jì)切割約4m縫。

第二次振動及前后應(yīng)力測試。

第二次切割：每舷兩段，每段長約1m；兩舷共計(jì)切割約4m縫；轉(zhuǎn)銷軸安裝工序。

振動時(shí)選用加速度時(shí)間曲線對時(shí)效過程監(jiān)視。

振動時(shí)效工藝過程為振動前殘余應(yīng)力測量——安裝機(jī)械式振動時(shí)效裝置——試振以測定固有頻率和確定激振力——振動時(shí)效——振動后殘余應(yīng)力測量。

先降低激振力，開機(jī)，手動掃頻（1000-8000r/min），記錄振動的頻率響應(yīng)曲線，找到*大振幅對應(yīng)的各階固有頻率。選擇共振峰大、頻率低的共振頻率作為主振頻率。將轉(zhuǎn)速調(diào)到亞共振點(diǎn)（主振頻率的2/3所對應(yīng)頻率），觀察加速度時(shí)間曲線，時(shí)效為幾分鐘，查看加速度有無升高后變平或先升高又下降再變平的情況。若有，證明激振力適合，若無，則逐漸調(diào)大激振力，直至激振力合適。

殘余應(yīng)力測試結(jié)果

*一次振動前后各測點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)及應(yīng)力消除的百分比、第二次振動后測點(diǎn)1^#-5^#、11^#-15^#的應(yīng)力數(shù)據(jù)及最終應(yīng)力消除的百分比見表1。

振動時(shí)效應(yīng)根據(jù)試振確定的振動頻率和激振力進(jìn)行，觀察加速度時(shí)間曲線。起振后加速度升高后變平或先升高又下降再變平，從變平開始穩(wěn)定3-5min為振動截止時(shí)間。

振動后應(yīng)力測量方法是*一次振動時(shí)，一舷的激振點(diǎn)為1-6，兩舷共計(jì)12點(diǎn)；每個(gè)激振點(diǎn)處振動平均時(shí)間為14min；第二次振動時(shí)，一舷的激振點(diǎn)為1-2、5-7，兩舷共計(jì)10點(diǎn)；每個(gè)激振點(diǎn)處振動平均時(shí)間為13min。

實(shí)施振動時(shí)效時(shí)為試件的正身狀態(tài)，待銷軸和其他附件安裝完畢，完整切割首門周邊縫。為保證邊鋒切割質(zhì)量，應(yīng)采用全位置切割機(jī)施工。

結(jié)論

首部總段/首門結(jié)構(gòu)共振頻率較高，轉(zhuǎn)速在3200-4200r/min之間。*一次振動后，殘余應(yīng)力有松弛，共振轉(zhuǎn)速降低2000-2150r/min之間，*一次振動應(yīng)力消除率在30%左右；首門邊緣切割后，整體應(yīng)力得到釋放，第二次振動后，其殘余應(yīng)力進(jìn)一步降低和均化，最終應(yīng)力消除率在45%左右。該工藝滿足GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)施該工藝后，首門在自由狀態(tài)下，由于殘余應(yīng)力引起的變形滿足后續(xù)工序的要求（支臂上各軸承座同心度偏差小于1mm）。