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焊接結構的振動時效及振動焊接研究
時間: 2018-05-27 00:23 瀏覽次數：
焊接結構的振動時效及振動焊接研究 電弧焊過程是對金屬構付局部快速加熱和；令卻的冶金過程，焊縫 的冶金組織對焊接接頭的質量有重要影響，而局部加熱的特點很難避 免焊接變形
焊接結構的振動時效及振動焊接研究
電弧焊過程是對金屬構付局部快速加熱和；令卻的冶金過程，焊縫
的冶金組織對焊接接頭的質量有重要影響，而局部加熱的特點很難避
免焊接變形和焊后余應力的產生。熱處理是一種傳統的消除焊接結
構殘余應力、改善焊縫組織的方法，但對大型焊接構件或在材料表面
有氧化控制的場合，如表面噴鋁材料和不銹鋼材料，熱處理工藝的應
用實施困難，成本高昂，局部的熱處理也有產生新的殘余應力的可能。
本文研究了應用機械振動的方法改善焊縫組織，降低焊接變形以及焊
接結構的殘余應力，涉及振動時效和振動焊接工藝的實線與理論。
振動時效(vibratoryrelief，VSR）是對應用振動載荷，降低構
殘余應力工藝的總稱。這種工藝目前已經得到廣泛的應用，但它的機
理研究還有待深入。在振動時效降低焊接殘余應力效果的評價方面，
目前的一些方法還很難滿足實時和定量的要求。振動焊接工藝又被稱
為隨焊振動，或振動調制焊接，是在焊接過程對構件附加一個機械振
動1以改善焊縫組織，這方面的研究有一些報道，但這種工藝的實際
應用還很少見。
焊接結構的振動時效是對焊后構件在常溫下進行機械振動處理
的工藝，旨在降低結構殘余應力，保證結構尺寸的穩定性。針對磁浮
軌道梁焊接，本文詳細介紹振動時效工藝及相關的工藝參數，從宏觀
焊接結構的振動時效的效是對焊后構件在常溫下進行機械振動處理
和微觀分析振動時效的機理，指出了熱時效與振動時效微觀枧理上的
區別。本文比較了各種振動時效效果評價方法，著重分析了振動幅頻
參數曲線觀測法的理論基礎，指出了金屬材料的振動時效過程中除了
粘性阻尼外，還有非粘性阻尼，結構阻尼是振動時效過程的重要非粘
性阻尼，導出了基于結構阻尼的振動時效幅頻參數曲線方程。根據
HT—7L超導托卡馬克紹構的振動時效幅頻參數曲線，指出結構復雜
的焊接構件振動時效時，不同的振峰，振動時效后的變化規律并不相
同，共振峰有可能降低、右移，振后低幅振峰增值比較常見，采用
JB/T10375一2002標準對振動時效效果進行評價更具有實用性。
振動時效過程幅頻莊線的變化與振動阻尼的變化密切相關。本文
從阻尼的變化機理著手，依據金屬位錯理論，分析了與振動時效過程
相關的阻尼變化的特征，作者應用動態機械分析儀(DMA)設計了一
系列試驗，研究了不同焊縫組織、不同殘余變形等對振動阻尼的影響，
試驗表明有焊縫試樣內位錯密度更高，位錯增殖更明顯。采用激光焊
接小試樣，通過對基于應變幅度的阻尼(amplitude-dependentmternal
fricuon，ADIF)多次測量，模擬材料振動時效過程，連續三次的振動
測量試驗表明，不同激振力〔應變）幅值下，阻尼變化不相同。激振
力較大時，阻尼的變化有一個先增加后降低的過程。焊接工藝參數對
阻尼有明顯的影響，試樣焊接速度越高，阻尼越大，由于金屬材料冷
卻速度影響位錯的釘扎方式，因此不同焊接線能量下材料的阻尼與位
錯的釘扎方式有關，高冷卻速度下（小焊接線能量），位錯被氣團的
弱釘扎導致阻尼的升高。
振動時效效果的實時定量評價是該工藝應用中的一個重要同
題，影響到該工藝的推廣應用。振動時效過程結構受到循環載荷的作
用，動應力的大小與結構殘余應力的降低有直接的關系。本文以304L
超低碳不銹鋼材料為例，研究了金屬材料在循環載荷下的應力應變變
化規律，提出了304L振動時效的循環蠕變機理，試驗表明循環蠕變
與加載速度、次數，動應力幅值有關，循環應力幅值越高，蠕變越大，
循環蠕變達到穩定所需要的時間越長。基于以上試驗，提出了用循環
載荷下的循環蠕變來模擬30d1L焊接結構的振動時效過程殘余應力的
松弛。振動時效設備通過試驗建立了殘余應力變化的數學模型，模型考慮了動應力
幅值和加載，周次對消應力的影響，試驗驗證表明該模型可用于環
載荷下消應力效果的評價，評價誤差在15％的范圍內。進一步將該
模型用于HT—7U托卡馬克的實際工程，對304L不銹鋼大底板振動時
效的殘余應力消除效果進行評價，并用盲孔法實測了時效前后的殘余
應力。與殘余應力實測法比較，用模型評價殘余應力降低的誤差是
也8％，顯示了這種實時定量的評價方法有良好的實用性。
振動時效設備電渣焊由于焊接線能量高的特點，焊縫組織晶粒粗大，導致接頭
力學性能差，這一問題在寶鋼高爐鋸的電渣焊中一直沒有得到解決。
本文針對高爐BB503（14№NiTL)的電渣焊，研究了采焊接過程
中附加振動的方法一振動焊接工藝改善焊接接頭的質量，詳細研究了
振動時效焊接工藝對BB503電渣焊焊接接頭力學性能和組織的影響，尤其
是焊縫側彎性能的變化，探討振動焊接狀態下焊縫力學性能變化的理
振動時效設備焊接變形是大型焊接結構的一個車要問題。針對Q235B材料H型
钅岡的焊接，采用振動埋弧焊接工藝降低結構波浪變形。變形實測表明，
振動埋弧焊H型鋼腹板的波浪變形平均值只有常規埋弧焊的一牛左
右，型鋼的焊接質量得到提高。
關鍵詞焊接結構，振動時效，振動阻尼，殘余應力，振動焊接
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