焊接结构件振动时效处理

　　摘要：随着科学技术的发展，在机械加工制造业中，焊接结构件的应用越来越广泛.焊接结构件焊后消除应力的方法，越来越多地用振动时效取代热处理。实践证明，采用振动时效方法消除焊接应力，既保证了产品质量，又提高了生产效率，而且还节约了大量能源，从而降低了制造成本。但对于超高强度钢的焊接结构件，特别是马氏体组织的焊接件的振动时效，一直被认为是禁区.针对这种现状，本文详尽叙述了振动时效应用原理及我厂超高强度钢的焊接结构件振动时效处理的应用情况，结果证实，其应用效果可靠，可行。

　　关键词：焊接,震动,实效处理

　　引言

　　振动时效技术的应用已经很多年了，但至今，真正能用于指导生产的理论基础尚无定论，虽然振动时效没有科学的理论支持，但实际应用是不可置否的。大量的实践证明，振动时效是非常实用的一项技术，国内外已有诸多文章及一些技术资料已证明了这一结论，其应用效果也是一致被公认的。然而由于种种误区，科学研究的成果远远落后于实际应用，但我们相信，随着科学的发展，一定会给予振动时效一个科学答案的。由于这项技术所独具的工艺特点，还有许多人对它的工作原理处于模糊状态，进而对这项技术的应用前景持怀疑态度。为了振动时效的推广，下面针对振动时效的工作原理、技术应用问题及技术发展前景做一探讨。

　　1.应用中的问题

　　1.1振动时效技术发展的初期，由于其技术应用不成熟，振动时效设备不够完善，给应用振动时效技术带来诸多的困难。首先在各单位应用时，相关部门需得到振动时效后的检测数据，这主要是对振动时效这门技术还不了解。其实振动时效的目的并不是想要消除多少应力，主要原理是使工件的内应力平衡，使工件内部应力水平处于一个稳定的状态。简单地说，就是说使工件或部件内部的最高应力值降低，工件内部的最低应力值提升。在使用过程中，如果振动时效前测出残余应力最高值时，经过振动时效后发现，最高残余应力值降低了，这是人们普遍可以接受的。而时效前检测工件残余应力最低值，经振动后，工件内部的残应力值会上升，这会使很多不理解这项技术的人难以接受的，所以给使用这项技术带来很多不必要的麻烦。

　　1.2我们不是科研单位，我们是振动时效的实际应用单位，没有必要购买残余应力测量设备。不但残余测量设备的价格是振动时效设备的几倍，而且还需要专业的人员来操作，设备利用率低，而且测出来的残余应力值又不能说明问题。的确有些单位因没有残余应力检测设备，而限制了振动时效技术的应用。

　　1.3振动时效技术的应用如何，与人为因素有很大关系。旧的振动时效设备工艺参数需要人工来选取，与操作者的水平和经验有直接联系。焊接结构件本身结构非常复杂，不同的焊接结构件有不同的共振峰，如果没有一定的实际经验，如设置工件的支撑点，激振器安放位置，激振力的大小、振动时间的长短等等，对能否找到工件的共振峰都有很大关系。而一般生产单位很少有这样的技术人才，很专业的从事这项工作，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方法比具有独特的优点，使振动时效这门新技术也逐渐被人们认可，特别是新的智能的振动时效技术和设备的问世，与传统的旧振动时效设备相比有了飞跃发展，解决了旧的振动时效技术没有快速的发展问题。如北京翔博科技有限责任公司生产的领航者“振动消除应力专家系统”，它实现了对各种不同工件由计算机自动制定工艺，对激振点、拾振点位置无特殊要求，系统自动优化选取，5个以上振动频率，能够对工件进行多维消除均化残余应力，并且解决了振动噪音问题。对任何不同的焊接结构件，都能准确的选择到共振峰，不会出现使用旧时效设备工件找不到共振峰的现象。解决了旧设备必须完全依靠人工操作技能的问题，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，可以真正的取代热时效。

　　3.振动时兢工艺的制定

　　3.1振动时效工艺参数的选择

　　3.1.1被振工停振型的选择，振动时效的工艺过程，是将激振器所产生的周期性外力，垂直地作用在工件上i使工件处于共振状态，这时工件根据几何形状的特点，将产生一阶、二阶、多阶弯曲振型或一、二阶弯扭振型.确定被振工件振型的目的，是为了确定弹性支撵点，激振器装卡位置和加速度计的安放位置，从而获得振动时效的最佳效果。

　　3.1.2选用合适的激振频率，激振器的激掘频率与工件的固有频率接近时就产生共振，找到共振峰后，为保证工件能在亚共振区进行共振，在选取实振颠率时，要靠调整激振器档位大小和电机转速来确定。在工件振动过程中，还要随时注意调整，不使实点移向共振峰后沿，直至振动完成。

　　3.1.3激振力的选择，振动时效过程中，改变激振力的大小是通过改变激振器编心套的偏心距(即档位大小)来实现的。激振力的选择要根据被振件的振型、共振峰的录找、实振点的选取来确定的。对于固定的振动时效设备，一般可通过观察工作表面聚沙程度和实振时的电流与加速度直来判定：在适中的加速度值和较小的电流下，节线两侧沙粒较迅速地向节线处积聚为佳。

　　3.1.4振动时阿的选择，振动时间的确定，应根据工件的材料、几何形状、重量.加工精度和工件的重要性来确定。按照JBT/T5926--9l标准，一般累计振动时间不超过10分钟。

　　3.2振动时效与热时效工艺对比试验

　　一项新工艺的采用，必须要青实际的数据来证明其是否能够达到所应起的作用.对于振动消除应力这项新工艺，在采用之初.我们与全国振动时效技术推广中心一起针对同一种产品(TJ9804—3A F箱体)作了振动时效与热时效工艺对比试验。

　　3.3振动时效工艺

　　T39804--3A箱体的几何尺寸相振动时效工作实施时，激振器装卡位置，支撑方式。

　　3.3.1 被振工件振型的选择，籍体实振时采用三点支撑，激振器装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，故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，采用黑龙江省海轮振动时效设备厂生产的09160A型振动时效装置，用l档扫频，2档实振。

　　3.3.4振动时间的选择，实振时共振峰出现的高额段，故振动30分钟。TJ'9801～3A箱体实振时工艺参数如表1所示，实振曲线如图2所示。TJ9804--3A箱体振动时效工艺效果的判定，由图2可见，振幅频率(A--D曲线后的峰值比震前的峰值升高，震后的峰值点比震前的左移，按中华人民共和国机械工业标准/T 5926--91的规定，完全符合。这次振动时效合格。

　　3.4热时效工艺

　　TJ9804--8A箱体热对时效工艺曲线见图3所示.热时效是按常规配炉热时方法。热时殁炉是尺寸为2米x 2米x 5米台车式燃气退火炉。将两台同种产品分别进行了以上两种时效处理后，又都进行了焊缝残余应力检测，TJ9804—3A箱体焊缝残余应力检测位置，取箱体结合面上的两道焊缝，测点共4点，具体布置见图四所示。

　　4.结束语

　　工件内部的残余应力形成了一个不稳定的应力场，只要给它施加一些外力，工件内部的残余应力就会重新分布，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，通过我们大胆的尝试，有效地证明了这一点。以前我们厂没有应用振动时效，超高强度钢焊接部件焊缝裂纹是经常出现的。通过我们对部件进行的振动时效处理后，又经过对部件进行的48"C以上高温区和—40℃左右的低温区试验，焊接结构件焊缝无一处裂纹，大大提高了焊接件用的可靠性。这种高效、节能、无污染环保的振动消除应力技术的应用，给我们厂带来巨大的社会效益和经济效益，显著的提高我厂的产品质量和产品使用的可靠性。

　　参考文献

　　[1]刘明. 箱体结构件的振动时效处理.机械工业出版社.2008

　　[2]张喜群. 绿色振动时效技术在超高强度钢焊接件的应用. 济南：济南出版社.2010

　　[3]李明奎. 金属环状结构焊接应力振动时效研究.机械工业出版社.2009

《焊接结构件振动时效处理》

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