對于焊接結(jié)構(gòu)而言,，焊后殘余應(yīng)力的存在幾乎是不可避免的。而焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的強度和剛度都有著不同程度的影響,，因此,，盡可能地降低焊接殘余應(yīng)力并使之分布均勻化是保證焊接結(jié)構(gòu)使用安全的關(guān)鍵之一,。

焊后熱處理是降低焊接殘余應(yīng)力的常用方法。但是也存在一些問題,，一是受到爐體容積的限制,，許多大型構(gòu)件都難以處理；二是容易產(chǎn)生新的變形,。而振動時效基本不受構(gòu)件體積和形狀的限制,，可在施工現(xiàn)場使用，且對穩(wěn)定零件的尺寸有顯著效果,，因此可代替熱時效,。

本文著重探討振動時效在超厚鋼板焊接結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的可行性。試驗中采用的設(shè)備是南京聚航科技有限公司的JH-578A數(shù)碼交流振動時效設(shè)備,，該設(shè)備采用高速變頻伺服電機,，比直流永磁電機頻域?qū)挕⒓ふ窳Υ?、壽命長,、時效效果更好。

振前振后采用盲孔法檢測殘余應(yīng)力,，儀器采用聚航科技的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng),，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK殘余應(yīng)力精密鉆孔裝置組成。

振動試板及其焊接工藝

試板材料為16MnJ,，板厚60mm,。對于T試板，加焊400mm長的拘束段,，采用手工焊,，焊條T506；對于L試板,，由于焊縫較短,，不加拘束段，但要用引弧板和收弧板,。

試驗段全部采用埋弧焊,，焊材為H10Mn2（φ5）+HJ431。焊前預(yù)熱,，預(yù)熱溫度100-150℃,。焊接電流500-600A，焊接電壓33-37V,，焊接速度500-600mm/min,。焊接接頭的屈服強度σ為388MPa。

振動時效工藝選擇

振動時效可以選擇的工藝參量有支撐方式、激振力,、振動頻率和振動時間。

對于本次測試件,，支撐方式主要以支撐距離來表征,。設(shè)支撐點距試板一端的距離為S，試板的長度為L,。當支撐點離端部太近時,，雖然試板的剛性較小，但與支撐物的接觸不穩(wěn),，容易產(chǎn)生“彈動”現(xiàn)象,，在振動曲線上表現(xiàn)為波峰區(qū)域較寬。此時,，雖然輸入的能量較大,，但試板彎曲振動也很小，不易消除殘余應(yīng)力,。通過一系列試驗調(diào)整,，當支撐距離S=530mm時，能夠在*低的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較高的振動效果,。也就是說,。對于這塊試件，支撐點應(yīng)放置在其一階振型的節(jié)點處,。

激振力的改變是通過調(diào)節(jié)偏心距來實現(xiàn)的,，因此可用偏心距來表征激振力。實驗表明,，改變偏心距e對共振轉(zhuǎn)速n₀影響很小,，而加速度峰值G_max則變化顯著。即激振力的改變并不影響振動曲線的特征,，只起放大或縮小的作用,。

因此，對于本次試板而言,，所選的支撐方式為S=530mm,。激振力為e=1.5mm。此時,，n₀=3235rpm,，G_max=11.2g，n₁=3000rpm,。

振動頻率與電機的轉(zhuǎn)速是等同的,。在確定了振動曲線之后，可以選定振動試板的電機轉(zhuǎn)速。一般而言,，不宜在N₀處振動工件,，因為此時工件處于受迫共振狀態(tài)，容易損傷工件,。選擇合適的電機轉(zhuǎn)速n有兩個經(jīng)驗依據(jù)：⑴能使G_max≥10g即可,；⑵取峰值所對應(yīng)轉(zhuǎn)速的2/3。對于本文的試驗而言,，n=3156rpm時,，G_max=10g，（n-n₁）/（n₀-n₁）=0.66≈2/3,。因此,，本文的試驗證實了兩者的統(tǒng)一。

振動時間的選取較為簡單,，按試板重量確定為30分鐘,。

消除殘余應(yīng)力效果

通過上述實驗可確定支撐點距試板端部530mm，激振力選檔1.5,，電機轉(zhuǎn)速取3156rpm,。此時，焊縫處的動應(yīng)力為88MPa,。振動30分鐘后停機,，然后測量殘余應(yīng)力，并與振前的測試結(jié)果加以比較,，如圖1,、2所示。從圖中可以看出,，在高應(yīng)力區(qū)殘余應(yīng)力明顯下降,；在低應(yīng)力區(qū)殘余應(yīng)力的下降程度相對較低。在高應(yīng)力區(qū),，殘余應(yīng)力和動應(yīng)力的疊加超過了屈服應(yīng)力,。

因而，有足夠的塑性流動來調(diào)整殘余應(yīng)力,，使之顯著下降,。在低應(yīng)力區(qū)，殘余應(yīng)力本身就較低,，和動應(yīng)力疊加很難超過屈服應(yīng)力,，只有通過應(yīng)力平衡來調(diào)整殘余應(yīng)力，因而下降程度不那么顯著,。由于低應(yīng)力區(qū)應(yīng)力水平較低,，因而也不是構(gòu)件安全的主要問題,。

結(jié)論

1. 振動曲線上的N₀特征量與支撐方式有關(guān)；G_max特征量與激振力有關(guān),。即支撐方式和激振力決定了振動曲線,。只有選擇適合的支撐方式和激振力，才能使被處理工件有效起振,。

2. 殘余應(yīng)力的下降程度與初始應(yīng)力狀態(tài)有關(guān),，即高應(yīng)力區(qū)下降幅度較大，低應(yīng)力區(qū)下降相對較小,。因此，可認為振動處理可提高應(yīng)力均化的程度,。

3. 只要工藝選擇恰當,，振動時效可用于超厚板制作的剛性較大的焊接結(jié)構(gòu)。