焊接結構件振動時效處理

來陽 月星

（四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川 成都 610041）

焊接結構件振動時效處理

來陽 月星

（四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川 成都 610041）

由于電焊本身的特點，一些焊接缺陷，如焊接變形，焊后殘余應力等問題很難避免，為了改善焊接質量，焊接工作者對焊接方法、焊接材料、焊接后的矯正等方面進行了大量工作，經過大量實踐證明，采用振動時效方法消除焊接應力，減小焊接變形，保證了產品質量，提高了生產效率，從而降低了制造成本。針對振動時效法的這些優點，本文詳盡敘述了振動時效應用原理并結合超高強度鋼的焊接結構件振動時效處理的實際應用情況，證明采用針對時效法處理焊接中的問題是可行的、有效的。

焊接；振動時效；工藝

焊接技術在現代工業制造的各個領域已被廣泛應用。由于焊接時焊縫的溫度極高，焊接結束后，焊縫的溫度又急劇下降，在焊縫周圍存在急劇變化的溫度場，因此焊縫周圍存在一定的焊接殘余應力和焊接變形。這種殘余應力和焊接變形又直接影響結構件質量。振動時效是使用振動時效設備，對結構件進行亞共振振動，消除殘余應力的時效技術，振動時效工藝耗能少，效率高，在減少環境污染和提高產品性能方面有很好的表現。國內外也有相當多的文章及一些技術資料已證明了振動時效是一項非常實用的技術，下面針對技術應用問題、振動時效工藝及技術發展前景做一探討。

1 技術應用問題

1.1 振動時效技術是利用一受控振動能量對金屬結構件進行處理，達到消除結構件殘余應力的目的，通過振動時效可以使工件內應力達到平衡，使工件內部應力水平處于一個穩定的狀態。該技術在七十年代被引進我國，進過幾十年的發展，得到了廣泛的應用，但是由于傳動的振動時效還存在諸多的問題，也就是亞共振技術存在著幾十年未能解決的技術難題，無法被大多數企業納入正式的工藝流程，因此始終沒有得到廣泛的認可和大規模應用。

1.2 結構件進行振動時效處理后，缺乏相應的殘余應力測量，一方面由于殘余應力測量設備價格高昂，需專業人員操作，增加了成本，對于工廠等實際應用單位，不需要購買殘余應力測量設備；另一方面測量出來的殘余應力沒有相關技術指標考，不具備信服力。所以限制了振動時效技術的應用。

1.3 人為因素對振動時效技術的影響很大。操作者根據的水平和經驗選取振動時效設備工藝參數，對于結構復雜的焊接件，不同的焊接結構件有不同的共振峰，如果缺乏一定的實際經驗，找到結構件的共振峰則有一定難度。而一般生產單位正缺乏這樣的技術人才，導致振動時效技術的應用水平遲遲得不到提高。

2 振動時效的設備的發展

由于振動時效技術與其它時效技術相比具有節能、降耗、高效率等獨特的優點，使振動時效這門新技術也逐漸被人們認知和接受，近年來科技的發展，一些新的智能的振動時效技術和設備出現，解決了舊的振動時效技術沒有解決的技術難題，新設備使這項技術消除了更多的是依賴于人，減少了人為因素影響，正在逐步取代熱時效技術。

3 振動時效工藝的制定

3.1 振動時效基本工藝參數

3.1.1 振動頻率的選擇，每一種金屬結構件均有幾種不同振型的共振頻率，該頻率與結構件本身的形狀、重量、材質和結構剛性等因素有關，是結構件本身的固有特性。振動時效設備通過掃頻儀可檢測出結構件的共振頻率，包括峰值頻率。找到共振峰值頻率后，應保證工件避開峰值共振頻率，在亞共振區進行共振，在工件振動過程中，還要隨時注意調整振動頻率，直至振動完成。

3.1.2 激振力的選擇，振動時效過程中，激振力的大小是通過結構件承受應力值大小來衡量的，是振動時效工藝的重要參數，激振力的選擇要根據被振件的不同材質、幾何形狀、剛度的大小及重量等因素來確定。

3.1.3 振動時間的選擇，振動時間的確定，應根據結構件的結構和重量不同，殘余應力的大小和分布。在目前的生產實踐中，有以下幾種方法來確定振動時效的時間：按結構件振動過程的共振峰、振幅、激振器的激振力變化來確定，按結構件的重量來確定，按結構件振動過程中塑性變型基本停止時間來確定。

3.2 振動時效工藝

一項新工藝的采用，必須要結合實際的數據來說明其作用是否能夠達到預定的要求。對于振動時效這項新工藝，我們通過振動時效試驗來驗證，振動時效對于振動消除應力是有明顯的優勢的。

3.3 振動時效工藝

以T39804--3A箱體為振動工件，該箱體在進行振動時效時的工藝順序如下。

3.3.1 被振工件振型的選擇，先將工件用彈性支撐水平支好，采用三點支撐，將工件支撐平衡，將激振器夾卡在箱體結合面小軸孔上端處。該箱體在實振時出現十字節線，所以該箱體振動時效的振型為一階彎扭振型。

3.3.2 振動頻率的選擇，箱體實振時，共振峰出現在5890轉/分處，為保證該箱體在實振過程中平穩運行、防止實振點移向共振峰后沿，宴振時檔位義加一檔，振動額率選在5657轉/分。

3.3.3 激振力的選擇，箱體實振時，將激振器的偏心距調至最小，在設備的掃頻范圍內逐漸升速，通過觀察加速度值的變換找尋共振峰，當發現共振峰后，通過調節激振力的大小使最大加速度值符合范圍要求。

3.3.4 振動時間的選擇，實振時共振峰出現的高頻段，振動30分鐘后，T39804-3A箱體實振時工藝參數，振幅頻率A-D曲線后的峰值比振前的峰值升高，振后的峰值點比振前的左移，完全符合中華人民共和國機械工業標準/T 5926--91的規定。這次振動時效合格。

結語

金屬結構件在焊接過程中，由于熱脹冷縮和機械力造成的變形，在工件內部會產生的殘余應力，從而形成了一個的應力場，使工件處于不穩定狀態，只要給它人為地施加一些外力，使工件內部的殘余應力釋放，經過振動時效工件內應力向平衡方向發展，而且工件的金屬組織不發生任何改變，通過我們試驗驗證，有效地證明了這一點。這種高效、節能、無污染環保的振動時效消除應力技術的應用，將會顯著的提高的產品質量和產品使用的可靠性。

[1]孫茂才.金屬力學性能[M].哈爾濱：哈爾濱工業出版社，2003.

[2]房德馨.金屬的殘余應力與振動處理技術[M].大連：大連理工大學出版社，1989.

[3]中國機械工業工程學會焊接學會.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，1992.

[4]JB/T5926-91，中華人民共和共機械行業標準，振動時效工藝參數選擇及技術要求[S].

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.092