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钢结构用振动法消除内应力

发布者: 发布时间:2016/3/4 14:16:23 阅读:次 【字体:

钢结构在焊接过程中由于受热和冷却的不均匀性会在其内部产生应力,这种内应力在自然状态下需要经过一段较长的时间才会自行消除,称为自然时效法。内应力自行消失过程的进行在焊接后的数周内最为明显,同时在这过程中将不可避免地出现构件的变形。因此钢结构焊成后必须等候相当长时间,才可进行必要的机械加工。否则,匆忙加工出来的焊接结构在变形后将造成安装困难,即使已装上的构件仍将由于变形而导致歪斜,影响使使用,但如久等,又会严重地影响工程进度。

以往曾有采用加热回火法来消除焊接钢结构的内应力,不过此法需耗费大量的电力和热能,一般大型加热炉使用一次就需数数万元之巨资,在能源上和经济上极为浪费,其成本约十倍于振动去除内应力法。对于尺寸过大的构件,往往限于加热护的容积而无法进行热处理。

钢结构的焊接热应力(即内应力)主要是由于其原子结构错位所造成的,原子结构的错位引起了不平衡的拉压应力。众所周知,金属原子始终是处在自身振动状态,因而在常温条件下,这种振动也会使原子错位逐步消除。不过这种原子振动是微量级的,所以内应力的消除过程相当缓慢,这就是自然时效法的理论依据。至于加热回火法,也是采用增加热能,使原子振动的振幅加大,从而逐步消除原先的原子错位。同理,也可利用机械振动能量,向金属结构内部输入更多的振动能,同样可使原子振动的振幅加大,除错位,也即达到消除内应力的目的。对比之下,振功消除内应力方法是经济、节能、也是快速的。根据文献介绍,一个3kW的小型激振器就可振动近150t,长约50m的大型钢结钩。

振动消除内应力的基木原理并非新发明,早在1906年就已问世了。至于振动法的设备成本不高,约为4000~7000美元一套,而其使用时的运转成本更为低廉,仅是耗费几度电而已。并且操作简便,一般人员只要经过约20分钟的使用训练,即能掌握。一般金属构件只要经过500~6OOOr.p.m的振动,约十多分钟时间即完成了内应力的消除,可见其效率之高了。所以在本世纪六十年代中,振动消除内应力法在法国、西德和苏联等相继推广使用。

振动的形式很多,其中在共振频率下的正弦振动是使焊接钢结构消除内应力的有效振动形式,对于某一特定的锻结构,其本身的自振频率是固有的。根据资料统计,一般金属结构的自振频率均小于100HZ。如激振器频率与之相近,就能在最少的时间内得到最好的消除内应力的效果。在共振状态下,焊接结构的内应力经20~30分钟的持续振动后,即可达到内部平衡的效果。其所需激振力的大小,只要能克服阻尼力而使构件获得一定的振幅,又不致使焊缝产生裂缝即可。

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