石油钻机大型焊接件振动时效工艺研究

钻机制造过程中会有许多大型焊接件，如，井架片段、井架底座、机房底座等。由于工作环境条件恶劣，工件在工作过程中，多次出现基本尺寸发生变化、断裂裂纹等情况。开裂部位多发生在焊缝焊接处及热影响区，除材料本身特性及结构应力等原因外，我们认为工件基本尺寸发生变化，产生裂纹的主要原因是焊接应力产生的。为了消除焊接应力，就必须对这些工件进行时效处理。如果采用自然时效，需要数月甚至几年的时间才能完成，产品生产周期特别长；如果采用热时效，则建热时效炉投资巨大，并且要消耗大量能源。因此，决定采用振动时效方法对大型焊接件进行消除残余应力，本文主要对振动时效工艺参数进行了研究。

振动时效工艺研究

正确选择工艺参数才能获得良好的时效效果，下面针对公司生产的40LDb型石油钻机大型焊接件-井架下座的振动时效工艺参数进行研究。

支撑点、激振点、拾振点的选择

一般来说，支撑点、激振点、拾振点的位置应根据工件的几何形状选择，支撑点应选在波节处，激振点和拾振点应选在波峰处。

W型石油钻机井架下座长9265mm，宽2400mm，高1425mm，长与宽之比等于3.86大于3，长与高之比等于6.5大于5，即可认为该工件是梁型，其振动为弯曲振型。因此，橡胶垫四点应支撑在距两端2/9处，即2060mm处，激振器应用弓形卡栏固定于井架下座的中间一侧，加速度计用永磁铁固定在井架下座原理激振器的一个角上。

激振频率测定

激振频率应选择在共振峰的前沿，即接近共振峰的压共振区内，这样可以避免工件的硬化、软化和疲劳损坏，并且振动效果稳定。启动激振器，使它从起始转速自动升速，测绘振幅-频率特性曲线。从曲线上可以看出有两个共振频率，一个是3520转/分，加速度值为2.6g，另一个是5900转/分，加速度值为2.8g。因为两个共振频率的加速度幅值相差不大，我们根据噪音低，防止设备高负荷运转两个方面的原因，选择*一个共振频率，为了保证在亚共振区内进行激振，我们选择3515转/分为激振频率。

激振力的调整

改变激振力的大小，是通过改变激振器的偏心距来实现的。也就是说，通过改变激振器的偏心档位来实现。经过反复试验，我们发现将激振器的偏心档位设置在第四档井架下座能获得最为理想的振动时效处理效果。

激振时间的确定

实际工作中，应根据被振工件的尺寸、形状、材质、重量，并且配合检查工件尺寸稳定性，通过多次试验才能找出*佳振动时效处理时间。

在对井架下座振动时效处理的过程中，我们测绘了振幅-时间曲线，从图中我们可以看出，振动时效前5分钟残余应力变化最快，15分钟以后趋于稳定。因此，我们确定对井架下座的处理时间为20分钟。

振动时效效果评定

曲线判断法

振动处理过程中，从振幅-时间曲线和振前、振后振幅-频率曲线变化来检测，凡出现下列情况之一时，即可判定为达到振动时效工艺效果。

A、振幅-时间曲线上升后变平；

B、振幅-时间曲线上升后下降然后变平；

C、振幅-频率曲线振后的比振前的峰值升高；

D、振幅-频率曲线振后的比振前的峰值点左移；

E、振幅-频率曲线振后的比振前的带宽变窄。

如图所示：振动时效过程中测出的振幅-频率曲线，比较振前、振后扫描的两条曲线，发现*一个共振峰幅值由原来的2.6g增大到3.3g，波峰由原来的3520转/分左移到3515转/分，因此可以判定井架下座达到了振动时效工艺效果。

工件尺寸稳定性测量

近年来，我们采用比较法来研究分析，即对井架下座的几项主要精度测试项目，经振动时效后存放一段时间对精度保持情况做了测试比较，证明了振动时效后，底座的尺寸精度保持情况良好。

总结

振动时效是一项高效节能、工艺简单，具有显著经济效益和社会效益的新技术，它节约能源，减少环境污染、生产周期短、效率高，在很大范围内可以代替热时效，尤其在大型焊接件中，效果尤为显著，为我国节能、低碳、环保做出了贡献。