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)生較大殘余應力，而殘余應力對首部總段/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)的殘余應力水平。根據(jù)以往經(jīng)驗，采取振動時效工藝。并對振前前后的殘余應力進行檢測，驗證其有效性。

殘余應力對首部總段/首門建造的影響

1. 在首門三條周邊縫切割結(jié)束后，由于殘余應力的釋放，首門會發(fā)生扭曲變形，變形會隨應力時效而加劇，導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完全切割后，首門的變形將導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效會引起首門的變形，同樣可能導致銷軸的不同心度增加，仍然影響首門的使用。

振動時效工藝

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

激振器應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)生足夠動應力的要求。其中激振器由偏心機構(gòu)和電動機組成，頻率達160HZ，最大激振力為F=（2πf）²mr。

殘余應力應力測試

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

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

振動時效工藝流程

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。

第一次振動和前后應力測試

第一次切割：每舷兩段，每段長約1m；兩舷共計切割約4m縫。

第二次振動及前后應力測試。

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

振動時選用加速度時間曲線對時效過程監(jiān)視。

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

先降低激振力，開機，手動掃頻（1000-8000r/min），記錄振動的頻率響應曲線，找到最大振幅對應的各階固有頻率。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（主振頻率的2/3所對應頻率），觀察加速度時間曲線，時效為幾分鐘，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。

殘余應力測試結(jié)果

第一次振動前后各測點的應力數(shù)據(jù)及應力消除的百分比、第二次振動后測點1^#-5^#、11^#-15^#的應力數(shù)據(jù)及最終應力消除的百分比見表1。

振動時效應根據(jù)試振確定的振動頻率和激振力進行，觀察加速度時間曲線。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為振動截止時間。

振動后應力測量方法是第一次振動時，一舷的激振點為1-6，兩舷共計12點；每個激振點處振動平均時間為14min；第二次振動時，一舷的激振點為1-2、5-7，兩舷共計10點；每個激振點處振動平均時間為13min。

實施振動時效時為試件的正身狀態(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，應采用全位置切割機施工。

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。第一次振動后，殘余應力有松弛，共振轉(zhuǎn)速降低2000-2150r/min之間，第一次振動應力消除率在30%左右；首門邊緣切割后，整體應力得到釋放，第二次振動后，其殘余應力進一步降低和均化，最終應力消除率在45%左右。該工藝滿足GB/T25713-2010標準。在實施該工藝后，首門在自由狀態(tài)下，由于殘余應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）。