2| 2012 - Schiff & Hafen

方 法 降 低 缺 口 效 应 引 入 残 余 压 应 力 表 面 层 硬 化
磨 光 ;
WIG 熔 化 ;
等 离 子 熔 融 ;
自 动 微 振 ;
激 光 硬 化 ;
喷 丸 ;
针 、 锤 ;
高 频 锤 击 ;
图 2: 后 处 理 的 作 用 原 理
图 3: 焊 接 过 渡 区 的 缺 口 几 何 形 状 的 比 较 :(a) 未 经 处 理 ,(b) 经 PIT 工 艺 处 理
到 大 约 2.3 mm)。
个 耐 久 的 结 构 了 。 如 果 考 虑
疲 劳 强 度 为 两 百 万 次 负 荷 交
变 周 期 , 则 可 假 定 疲 劳 强 度
增 加 一 倍 。
准 单 元 具 有 大 致 相 同 的 尺 寸
和 重 量 。 即 使 设 备 的 上 电 过
程 也 如 同 标 准 设 备 那 样 通 过
压 力 装 置 ( 经 位 移 传 感 器 )
启 动 。
对 于 水 下 处 理 设 备 将 仅
采 用 耐 海 水 的 镍 铬 合 金 钢 并
使 用 专 门 的 密 封 垫 。 整 个 机
箱 使 用 快 速 成 型 方 法 加 工 ,
所 有 的 管 道 和 孔 眼 都 由 塑 料
制 成 。 在 撞 针 处 将 配 备 橡 胶
密 封 圈 , 以 防 止 机 箱 进 水 。
在 仪 器 的 正 面 安 装 三
只 照 明 用 LED 灯 。 由 软 管 将
压 缩 空 气 从 水 线 上 面 ( 压 缩
空 气 瓶 或 压 缩 机 ) 送 入 处 理
设 备 。 由 于 强 烈 的 吹 气 作 用
( 影 响 视 野 ), 废 气 不 能 如
标 准 版 设 备 那 样 直 接 从 机 器
逸 出 , 而 是 同 样 通 过 软 管 在
水 线 上 方 排 放 。 同 样 电 源 线
也 在 软 管 内 引 入 处 理 设 备 。
为 了 在 真 实 条 件 下 检
测 设 备 , 在 汉 诺 威 莱 布 尼 兹
(Leibnitz) 大 学 材 料 科 学
研 究 所 水 下 实 验 室 进 行 了 实
际 试 验 。 这 里 , 可 由 一 个 潜
水 员 在 水 下 采 用 PIT 工 艺 处
理 焊 接 样 品 , 以 便 检 验 后 处
理 的 效 果 。
采 用 经 典 的 钻 孔 方 法
( 最 大 深 度 可 达 约 1 mm)
测 量 残 余 压 应 力 的 结 果 与 仿
真 值 也 很 好 地 吻 合 , 特 别 是
实 验 2。
图 6 给 出 了 奥 地 利 的 莱
奥 本 (Leoben) 矿 业 大 学
采 用 X 射 线 衍 射 仪 测 定 的 残
余 应 力 。 令 人 惊 讶 的 是 , 测
量 残 余 压 应 力 与 格 拉 茨 工 业
大 学 的 计 算 值 吻 合 良 好 , 直
至 深 度 超 过 2 mm。
根 据 F o s t a 项 目 P
6 2 0 的 研 究 , 在 斯 图 加 特
(Stuttgart) 大 学 于 是 又 进
行 了 进 一 步 研 究 , 将 PIT 工
艺 用 于 S355 和 S690 材 料 的
十 字 和 对 接 接 头 。 在 乌 尔 姆
(Ulm) 高 等 学 校 的 焊 接 工
程 实 验 室 使 用 焊 接 机 进 行
焊 接 工 作 。 图 7 给 出 了 材 料
S355 样 品 的 十 字 试 样 的 疲
劳 强 度 试 验 结 果 。 在 图 中 可
见 , 由 PIT 处 理 所 导 致 的 300
N/mm 2 的 应 力 摆 动 幅 度 甚 至
预 示 着 约 十 倍 的 使 用 寿 命 。
假 设 应 力 摆 动 范 围 为 约 150-
200 N/mm 2 , 就 可 以 称 为 一
水 下 用 处 理 设 备 的 开 发
鉴 于 对 这 项 技 术 的 认 可
与 日 俱 增 , 并 且 焊 接 结 构 在
钢 制 水 利 工 程 、 海 洋 工 程 设
施 、 海 上 风 力 涡 轮 机 等 方 面
的 使 用 成 倍 增 加 ,Pitec 公 司
决 定 开 发 一 种 水 下 作 业 的 手
持 设 备 。 在 这 种 情 况 下 必 须
设 置 与 传 统 的 手 持 设 备 相 同
的 尺 度 , 即 同 样 的 冲 击 力 ,
并 采 用 振 动 系 统 实 现 锤 击 平
抑 , 以 便 将 手 臂 颤 动 保 持 在
最 低 限 度 。
在 传 统 系 统 的 情 况 下 ,
前 方 出 风 口 冷 却 的 优 势 在
于 , 能 冷 却 螺 栓 , 并 吹 净 处
理 部 位 。 另 一 个 条 件 是 使
用 成 熟 的 技 术 , 以 埃 斯 林 根
(Esslingen) 的 Festo 股 份
公 司 生 产 的 低 磨 损 Muscle
作 为 驱 动 单 元 , 采 用 配 备
Festo 生 产 的 频 率 发 生 器 的
相 同 控 制 器 。
新 开 发 的 处 理 设 备 与 标
对 三 脚 架 的 一 次 后 处 理 结 果
在 通 过 改 进 疲 劳 强 度 来
促 进 钢 结 构 经 济 效 益 的 背 景
下 , 作 为 “ 对 海 洋 工 程 结 构 接
头 连 接 的 实 验 和 数 值 研 究 ” 项
目 的 一 部 分 , 汉 诺 威 大 学 钢
结 构 研 究 所 对 一 个 用 于 S355
钢 的 基 础 结 构 的 管 节 点 的
UIT 后 处 理 工 艺 的 有 效 性 进
行 了 研 究 。 作 为 焊 接 的 细 部
选 择 了 三 脚 架 基 础 上 的 Y 管
节 点 的 焊 接 过 渡 区 。 裁 取 的
模 型 由 舷 柱 (G) 和 撑 杆 各 一
图 4: 在 材 料 S700MC 的 焊 接 过 渡 区 中 的 残 余 应 力 的 仿 真 ( 格 拉 茨 工
业 大 学 )
图 5: 残 余 应 力 的 仿 真 模 拟
船 舶 与 港 口 中 文 版 2012 年 第 2 期 41