對(duì)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(duì)焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(wèn)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(dòng)時(shí)效基本不受構(gòu)件體積和形狀的限制，可在施工現(xiàn)場(chǎng)使用，且對(duì)穩(wěn)定零件的尺寸有顯著效果，因此可代替熱時(shí)效。

本文著重探討振動(dòng)時(shí)效在超厚鋼板焊接結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的可行性。試驗(yàn)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(dòng)時(shí)效設(shè)備，該設(shè)備采用高速變頻伺服電機(jī)，比直流永磁電機(jī)頻域?qū)?、激振力大、壽命長(zhǎng)、時(shí)效效果更好。

振前振后采用盲孔法檢測(cè)殘余應(yīng)力，儀器采用聚航科技的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)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(dòng)試板及其焊接工藝

試板材料為16MnJ，板厚60mm。對(duì)于T試板，加焊400mm長(zhǎng)的拘束段，采用手工焊，焊條T506；對(duì)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(yàn)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(qiáng)度σ為388MPa。

振動(dòng)時(shí)效工藝選擇

振動(dòng)時(shí)效可以選擇的工藝參量有支撐方式、激振力、振動(dòng)頻率和振動(dòng)時(shí)間。

對(duì)于本次測(cè)試件，支撐方式主要以支撐距離來(lái)表征。設(shè)支撐點(diǎn)距試板一端的距離為S，試板的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。當(dāng)支撐點(diǎn)離端部太近時(shí)，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(dòng)”現(xiàn)象，在振動(dòng)曲線(xiàn)上表現(xiàn)為波峰區(qū)域較寬。此時(shí)，雖然輸入的能量較大，但試板彎曲振動(dòng)也很小，不易消除殘余應(yīng)力。通過(guò)一系列試驗(yàn)調(diào)整，當(dāng)支撐距離S=530mm時(shí)，能夠在最低的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較高的振動(dòng)效果。也就是說(shuō)。對(duì)于這塊試件，支撐點(diǎn)應(yīng)放置在其一階振型的節(jié)點(diǎn)處。

激振力的改變是通過(guò)調(diào)節(jié)偏心距來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此可用偏心距來(lái)表征激振力。實(shí)驗(yàn)表明，改變偏心距e對(duì)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(dòng)曲線(xiàn)的特征，只起放大或縮小的作用。

因此，對(duì)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(shí)，n₀=3235rpm，G_max=11.2g，n₁=3000rpm。

振動(dòng)頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速是等同的。在確定了振動(dòng)曲線(xiàn)之后，可以選定振動(dòng)試板的電機(jī)轉(zhuǎn)速。一般而言，不宜在N₀處振動(dòng)工件，因?yàn)榇藭r(shí)工件處于受迫共振狀態(tài)，容易損傷工件。選擇合適的電機(jī)轉(zhuǎn)速n有兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)依據(jù)：⑴能使G_max≥10g即可；⑵取峰值所對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的2/3。對(duì)于本文的試驗(yàn)而言，n=3156rpm時(shí)，G_max=10g，（n-n₁）/（n₀-n₁）=0.66≈2/3。因此，本文的試驗(yàn)證實(shí)了兩者的統(tǒng)一。

振動(dòng)時(shí)間的選取較為簡(jiǎn)單，按試板重量確定為30分鐘。

消除殘余應(yīng)力效果

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可確定支撐點(diǎn)距試板端部530mm，激振力選檔1.5，電機(jī)轉(zhuǎn)速取3156rpm。此時(shí)，焊縫處的動(dòng)應(yīng)力為88MPa。振動(dòng)30分鐘后停機(jī)，然后測(cè)量殘余應(yīng)力，并與振前的測(cè)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(duì)較低。在高應(yīng)力區(qū)，殘余應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力的疊加超過(guò)了屈服應(yīng)力。

因而，有足夠的塑性流動(dòng)來(lái)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(dòng)應(yīng)力疊加很難超過(guò)屈服應(yīng)力，只有通過(guò)應(yīng)力平衡來(lái)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(wèn)題。

結(jié)論

1. 振動(dòng)曲線(xiàn)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(dòng)曲線(xiàn)。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(duì)較小。因此，可認(rèn)為振動(dòng)處理可提高應(yīng)力均化的程度。

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