焊接結構件振動時效處理

劉恩義

摘要：采用振動時效方法消除焊接應力，既保證了產品質量，又提高了生產效率，而且還節(jié)約了大量能源，從而降低了制造成本。但對于超高強度鋼的焊接結構件，特別是馬氏體組織的焊接件的振動時效，一直被認為是禁區(qū).針對這種現狀，本文詳盡敘述了振動時效應用原理及我廠超高強度鋼的焊接結構件振動時效處理的應用情況，結果證實，其應用效果可靠，可行。

關鍵詞：焊接;震動;實效處理

前 ?言

振動時效技術的應用已經很多年了，但至今，真正能用于指導生產的理論基礎尚無定論，雖然振動時效沒有科學的理論支持，但實際應用是不可置否的。大量的實踐證明，振動時效是非常實用的一項技術，國內外已有諸多文章及一些技術資料已證明了這一結論，其應用效果也是一致被公認的。然而由于種種誤區(qū)，科學研究的成果遠遠落后于實際應用，但我們相信，隨著科學的發(fā)展，一定會給予振動時效一個科學答案的。由于這項技術所獨具的工藝特點，還有許多人對它的工作原理處于模糊狀態(tài)，進而對這項技術的應用前景持懷疑態(tài)度。為了振動時效的推廣，下面針對振動時效的工作原理、技術應用問題及技術發(fā)展前景做一探討。

一、應用中的問題

1.振動時效技術發(fā)展的初期

由于其技術應用不成熟，振動時效設備不夠完善，給應用振動時效技術帶來諸多的困難。首先在各單位應用時，相關部門需得到振動時效后的檢測數據，這主要是對振動時效這門技術還不了解。其實振動時效的目的并不是想要消除多少應力，主要原理是使工件的內應力平衡，使工件內部應力水平處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。簡單地說，就是說使工件或部件內部的最高應力值降低，工件內部的最低應力值提升。在使用過程中，如果振動時效前測出殘余應力最高值時，經過振動時效后發(fā)現，最高殘余應力值降低了，這是人們普遍可以接受的。而時效前檢測工件殘余應力最低值，經振動后，工件內部的殘應力值會上升，這會使很多不理解這項技術的人難以接受的，所以給使用這項技術帶來很多不必要的麻煩。

2.振動時效技術

我們不是科研單位，我們是振動時效的實際應用單位，沒有必要購買殘余應力測量設備。不但殘余測量設備的價格是振動時效設備的幾倍，而且還需要專業(yè)的人員來操作，設備利用率低，而且測出來的殘余應力值又不能說明問題。的確有些單位因沒有殘余應力檢測設備，而限制了振動時效技術的應用。

3.振動時效技術的應用如何，與人為因素有很大關系

舊的振動時效設備工藝參數需要人工來選取，與操作者的水平和經驗有直接聯(lián)系。焊接結構件本身結構非常復雜，不同的焊接結構件有不同的共振峰，如果沒有一定的實際經驗，如設置工件的支撐點，激振器安放位置，激振力的大小、振動時間的長短等等，對能否找到工件的共振峰都有很大關系。而一般生產單位很少有這樣的技術人才，很專業(yè)的從事這項工作，導致振動時效技術的應用水平遲遲得不到提高。

二、振動時效的設備的發(fā)展

由于振動時效技術與其它時效方法比具有獨特的優(yōu)點，使振動時效這門新技術也逐漸被人們認可，特別是新的智能的振動時效技術和設備的問世，與傳統(tǒng)的舊振動時效設備相比有了飛躍發(fā)展，解決了舊的振動時效技術沒有快速的發(fā)展問題。如北京翔博科技有限責任公司生產的領航者“振動消除應力專家系統(tǒng)”，它實現了對各種不同工件由計算機自動制定工藝，對激振點、拾振點位置無特殊要求，系統(tǒng)自動優(yōu)化選取，5個以上振動頻率，能夠對工件進行多維消除均化殘余應力，并且解決了振動噪音問題。對任何不同的焊接結構件，都能準確的選擇到共振峰，不會出現使用舊時效設備工件找不到共振峰的現象。解決了舊設備必須完全依靠人工操作技能的問題，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，可以真正的取代熱時效。

三、振動時兢工藝的制定

1.振動時效工藝參數的選擇

1.1 被振工停振型的選擇，振動時效的工藝過程，是將激振器所產生的周期性外力，垂直地作用在工件上i使工件處于共振狀態(tài)，這時工件根據幾何形狀的特點，將產生一階、二階、多階彎曲振型或一、二階彎扭振型.確定被振工件振型的目的，是為了確定彈性支攆點，激振器裝卡位置和加速度計的安放位置，從而獲得振動時效的最佳效果。

1.2 選用合適的激振頻率，激振器的激掘頻率與工件的固有頻率接近時就產生共振，找到共振峰后，為保證工件能在亞共振區(qū)進行共振，在選取實振顛率時，要靠調整激振器檔位大小和電機轉速來確定。在工件振動過程中，還要隨時注意調整，不使實點移向共振峰后沿，直至振動完成。

1.3 激振力的選擇，振動時效過程中，改變激振力的大小是通過改變激振器編心套的偏心距（即檔位大?。﹣韺崿F的。激振力的選擇要根據被振件的振型、共振峰的錄找、實振點的選取來確定的。對于固定的振動時效設備，一般可通過觀察工作表面聚沙程度和實振時的電流與加速度直來判定：在適中的加速度值和較小的電流下，節(jié)線兩側沙粒較迅速地向節(jié)線處積聚為佳。

1.4 振動時阿的選擇，振動時間的確定，應根據工件的材料、幾何形狀、重量.加工精度和工件的重要性來確定。按照JBT/T5926--9l標準，一般累計振動時間不超過10分鐘。

2.振動時效與熱時效工藝對比試驗

一項新工藝的采用，必須要青實際的數據來證明其是否能夠達到所應起的作用.對于振動消除應力這項新工藝，在采用之初，我們與全國振動時效技術推廣中心一起針對同一種產品（TJ9804—3A F箱體）作了振動時效與熱時效工藝對比試驗。

3.振動時效工藝

T39804--3A箱體的幾何尺寸相振動時效工作實施時，激振器裝卡位置，支撐方式。

3.1 被振工件振型的選擇，籍體實振時采用三點支撐，激振器裝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(jié)線，故該箱體振動時效的振型為一階彎扭振型。

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(wěn)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 激振力的選擇，箱體實振時，采用黑龍江省海輪振動時效設備廠生產的09160A型振動時效裝置，用l檔掃頻，2檔實振。

3.3.4振動時間的選擇，實振時共振峰出現的高額段，故振動30分鐘。TJ'9801～3A箱體實振時工藝參數。TJ9804--3A箱體振動時效工藝效果的判定，振幅頻率（A--D曲線后的峰值比震前的峰值升高，震后的峰值點比震前的左移，按中華人民共和國機械工業(yè)標準/T 5926--91的規(guī)定，完全符合。這次振動時效合格。

4.熱時效工藝

熱時效是按常規(guī)配爐熱時方法。熱時歿爐是尺寸為2米x 2米x 5米臺車式燃氣退火爐。將兩臺同種產品分別進行了以上兩種時效處理后，又都進行了焊縫殘余應力檢測，TJ9804—3A箱體焊縫殘余應力檢測位置，取箱體結合面上的兩道焊縫，測點共4點，具體布置見圖四所示。

四、結束語

工件內部的殘余應力形成了一個不穩(wěn)定的應力場，只要給它施加一些外力，工件內部的殘余應力就會重新分布，經過振動時效工件內應力向平衡方向發(fā)展，而且工件的金屬組織不發(fā)生任何改變，通過我們大膽的嘗試，有效地證明了這一點。以前我們廠沒有應用振動時效，超高強度鋼焊接部件焊縫裂紋是經常出現的。通過我們對部件進行的振動時效處理后，又經過對部件進行的48"C以上高溫區(qū)和—40℃左右的低溫區(qū)試驗，焊接結構件焊縫無一處裂紋，大大提高了焊接件用的可靠性。這種高效、節(jié)能、無污染環(huán)保的振動消除應力技術的應用，給我們廠帶來巨大的社會效益和經濟效益，顯著的提高我廠的產品質量和產品使用的可靠性。

參考文獻：

[1]劉明.箱體結構件的振動時效處理.機械工業(yè)出版社.2008.

[2]張喜群.綠色振動時效技術在超高強度鋼焊接件的應用.濟南：濟南出版社.2010.

[3]李明奎.金屬環(huán)狀結構焊接應力振動時效研究.機械工業(yè)出版社.2009.