焊接结构件振动时效处理

焊接结构件振动时效处理

作者：来阳月星

来源：《中国新技术新产品》2014年第04期

摘要：由于电焊本身的特点，一些焊接缺陷，如焊接变形，焊后残余应力等问题很难避免，为了改善焊接质量，焊接工作者对焊接方法、焊接材料、焊接后的矫正等方面进行了大量工作，经过大量实践证明，采用振动时效方法消除焊接应力，减小焊接变形，保证了产品质量，提高了生产效率，从而降低了制造成本。针对振动时效法的这些优点，本文详尽叙述了振动时效应用原理并结合超高强度钢的焊接结构件振动时效处理的实际应用情况，证明采用针对时效法处理焊接中的问题是可行的、有效的。

关键词：焊接；振动时效；工艺

中图分类号：TG15 文献标识码：A

焊接技术在现代工业制造的各个领域已被广泛应用。由于焊接时焊缝的温度极高，焊接结束后，焊缝的温度又急剧下降，在焊缝周围存在急剧变化的温度场，因此焊缝周围存在一定的焊接残余应力和焊接变形。这种残余应力和焊接变形又直接影响结构件质量。振动时效是使用振动时效设备，对结构件进行亚共振振动，消除残余应力的时效技术，振动时效工艺耗能少，效率高，在减少环境污染和提高产品性能方面有很好的表现。国内外也有相当多的文章及一些技术资料已证明了振动时效是一项非常实用的技术，下面针对技术应用问题、振动时效工艺及技术发展前景做一探讨。

1 技术应用问题

1.1 振动时效技术是利用一受控振动能量对金属结构件进行处理，达到消除结构件残余应力的目的，通过振动时效可以使工件内应力达到平衡，使工件内部应力水平处于一个稳定的状态。该技术在七十年代被引进我国，进过几十年的发展，得到了广泛的应用，但是由于传动的振动时效还存在诸多的问题，也就是亚共振技术存在着几十年未能解决的技术难题，无法被大多数企业纳入正式的工艺流程，因此始终没有得到广泛的认可和大规模应用。

1.2 结构件进行振动时效处理后，缺乏相应的残余应力测量，一方面由于残余应力测量设备价格高昂，需专业人员操作，增加了成本，对于工厂等实际应用单位，不需要购买残余应力测量设备；另一方面测量出来的残余应力没有相关技术指标考，不具备信服力。所以限制了振动时效技术的应用。

1.3 人为因素对振动时效技术的影响很大。操作者根据的水平和经验选取振动时效设备工艺参数，对于结构复杂的焊接件，不同的焊接结构件有不同的共振峰，如果缺乏一定的实际经

验，找到结构件的共振峰则有一定难度。而一般生产单位正缺乏这样的技术人才，导致振动时效技术的应用水平迟迟得不到提高。

2 振动时效的设备的发展

由于振动时效技术与其它时效技术相比具有节能、降耗、高效率等独特的优点，使振动时效这门新技术也逐渐被人们认知和接受，近年来科技的发展，一些新的智能的振动时效技术和设备出现，解决了旧的振动时效技术没有解决的技术难题，新设备使这项技术消除了更多的是依赖于人，减少了人为因素影响，正在逐步取代热时效技术。

3 振动时效工艺的制定

3.1 振动时效基本工艺参数

3.1.1 振动频率的选择，每一种金属结构件均有几种不同振型的共振频率，该频率与结构件本身的形状、重量、材质和结构刚性等因素有关，是结构件本身的固有特性。振动时效设备通过扫频仪可检测出结构件的共振频率，包括峰值频率。找到共振峰值频率后，应保证工件避开峰值共振频率，在亚共振区进行共振，在工件振动过程中，还要随时注意调整振动频率，直至振动完成。

3.1.2 激振力的选择，振动时效过程中，激振力的大小是通过结构件承受应力值大小来衡量的，是振动时效工艺的重要参数，激振力的选择要根据被振件的不同材质、几何形状、刚度的大小及重量等因素来确定。

3.1.3 振动时间的选择，振动时间的确定，应根据结构件的结构和重量不同，残余应力的大小和分布。在目前的生产实践中，有以下几种方法来确定振动时效的时间：按结构件振动过程的共振峰、振幅、激振器的激振力变化来确定，按结构件的重量来确定，按结构件振动过程中塑性变型基本停止时间来确定。

3.2 振动时效工艺

一项新工艺的采用，必须要结合实际的数据来说明其作用是否能够达到预定的要求。对于振动时效这项新工艺，我们通过振动时效试验来验证，振动时效对于振动消除应力是有明显的优势的。

3.3 振动时效工艺

以T39804--3A箱体为振动工件，该箱体在进行振动时效时的工艺顺序如下。

3.3.1 被振工件振型的选择，先将工件用弹性支撑水平支好，采用三点支撑，将工件支撑平衡，将激振器夹卡在箱体结合面小轴孔上端处。该箱体在实振时出现十字节线，所以该箱体振动时效的振型为一阶弯扭振型。

3.3.2 振动频率的选择，箱体实振时，共振峰出现在5890转/分处，为保证该箱体在实振过程中平稳运行、防止实振点移向共振峰后沿，宴振时档位义加一档，振动额率选在5657转/分。

3.3.3 激振力的选择，箱体实振时，将激振器的偏心距调至最小，在设备的扫频范围内逐渐升速，通过观察加速度值的变换找寻共振峰，当发现共振峰后，通过调节激振力的大小使最大加速度值符合范围要求。

3.3.4 振动时间的选择，实振时共振峰出现的高频段，振动30分钟后，T39804-3A箱体实振时工艺参数，振幅频率A-D曲线后的峰值比振前的峰值升高，振后的峰值点比振前的左移，完全符合中华人民共和国机械工业标准/T 5926--91的规定。这次振动时效合格。

结语

金属结构件在焊接过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部会产生的残余应力，从而形成了一个的应力场，使工件处于不稳定状态，只要给它人为地施加一些外力，使工件内部的残余应力释放，经过振动时效工件内应力向平衡方向发展，而且工件的金属组织不发生任何改变，通过我们试验验证，有效地证明了这一点。这种高效、节能、无污染环保的振动时效消除应力技术的应用，将会显著的提高的产品质量和产品使用的可靠性。

参考文献

[1]孙茂才.金属力学性能[M].哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2003.

[2]房德馨.金属的残余应力与振动处理技术[M].大连：大连理工大学出版社，1989.

[3]中国机械工业工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[4]JB/T5926-91，中华人民共和共机械行业标准，振动时效工艺参数选择及技术要求[S].