焊接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效及振動(dòng)焊接研究
電弧焊過(guò)程是對(duì)金屬構(gòu)付局部快速加熱和；令卻的冶金過(guò)程，焊縫
的冶金組織對(duì)焊接接頭的質(zhì)量有重要影響，而局部加熱的特點(diǎn)很難避
免焊接變形和焊后余應(yīng)力的產(chǎn)生。熱處理是一種傳統(tǒng)的氵肖除焊接結(jié)
構(gòu)殘余應(yīng)力、改善焊縫組織的方法，但對(duì)大型焊接構(gòu)件或在材料表面
有氧化控制的場(chǎng)合，如表面噴鋁材料和不銹鋼材料，熱處理工藝的應(yīng)
用實(shí)施困難，成本高昂，局部的熱處理也有產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力的可能。
本文研究了應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)的方法改善焊縫組織，降低焊接變形以及焊
接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，涉及振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接工藝的實(shí)線與理論。
振動(dòng)時(shí)效(vibratoryrelief，VSR）是對(duì)應(yīng)用振動(dòng)載荷，降低構(gòu)
殘余應(yīng)力工藝的總稱(chēng)。這種工藝目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但它的機(jī)
理研究還有待深入。在振動(dòng)時(shí)效降低焊接殘余應(yīng)力效果的評(píng)價(jià)方面，
目前的一些方法還很難滿足實(shí)時(shí)和定量的要求。振動(dòng)焊接工藝又被稱(chēng)
為隨焊振動(dòng)，或振動(dòng)調(diào)制焊接，是在焊接過(guò)程對(duì)構(gòu)件附加一個(gè)機(jī)械振
動(dòng)1以改善焊縫組織，這方面的研究有一些報(bào)道，但這種工藝的實(shí)際
應(yīng)用還很少見(jiàn)。
焊接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)的效是對(duì)焊后構(gòu)件在常溫下進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)處理
的工藝，旨在降低結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性。針對(duì)磁浮
軌道梁焊接，本文詳細(xì)介紹振動(dòng)時(shí)效工藝及相關(guān)的工藝參數(shù)，從宏觀
焊接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)的效是對(duì)焊后構(gòu)件在常溫下進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)處理
和微觀分析振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理，指出了熱時(shí)效與振動(dòng)時(shí)效微觀枧理上的
區(qū)別。本文比較了各種振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)價(jià)方法，著重分析了振動(dòng)幅頻
參數(shù)曲線觀測(cè)法的理論基礎(chǔ)，指出了金屬材料的振動(dòng)時(shí)效過(guò)程中除了
粘性阻尼外，還有非粘性阻尼，結(jié)構(gòu)阝且尼是振動(dòng)時(shí)效過(guò)程的重要非粘
性阻尼，導(dǎo)出了基于結(jié)構(gòu)阻尼的振動(dòng)時(shí)效幅頻參數(shù)曲線方程。根據(jù)
HT—7L超導(dǎo)托卡馬克紹構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效幅頻參數(shù)曲線，指出結(jié)構(gòu)復(fù)雜
的焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效時(shí)，不同的振峰，振動(dòng)時(shí)效后的變化規(guī)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(jiàn)，采用
JB/T10375一2002標(biāo)準(zhǔn)對(duì)振動(dòng)時(shí)效效果進(jìn)行評(píng)價(jià)更具有實(shí)用性。
振動(dòng)時(shí)效過(guò)程幅頻莊線的變化與振動(dòng)阻尼的變化密切相關(guān)。本文
從阻尼的變化機(jī)理著手，依據(jù)金屬位錯(cuò)理論，分析了與振動(dòng)時(shí)效過(guò)程
相關(guān)的阻尼變化的特征，作者應(yīng)用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)設(shè)計(jì)了一
系列試驗(yàn)，研究了不同焊縫組織、不同殘余變形等對(duì)振動(dòng)阻尼的影響，
試驗(yàn)表明有焊縫試樣內(nèi)位錯(cuò)密度更高，位錯(cuò)增殖更明顯。采用激光焊
接小試樣，通過(guò)對(duì)基于應(yīng)變幅度的阻尼(amplitude-dependentmternal
fricuon，ADIF)多次測(cè)量，模擬材料振動(dòng)時(shí)效過(guò)程，連續(xù)三次的振動(dòng)
測(cè)量試驗(yàn)表明，不同激振力〔應(yīng)變）幅值下，阻尼變化不相同。激振
力較大時(shí)，阻尼的變化有一個(gè)先增加后降低的過(guò)程。焊接工藝參數(shù)對(duì)
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(cuò)的釘扎方式，因此不同焊接線能量下材料的阻尼與位
錯(cuò)的釘扎方式有關(guān)，高冷卻速度下（小焊接線能量），位錯(cuò)被氣團(tuán)的
弱釘扎導(dǎo)致阻尼的升高。
振動(dòng)時(shí)效效果的實(shí)時(shí)定量評(píng)價(jià)是該工藝應(yīng)用中的一個(gè)重要同
題，影響到該工藝的推廣應(yīng)用。振動(dòng)時(shí)效過(guò)程結(jié)構(gòu)受到循環(huán)載荷的作
用，動(dòng)應(yīng)力的大小與結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的降低有直接的關(guān)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(huán)載荷下的應(yīng)力應(yīng)變變
化規(guī)律，提出了304L振動(dòng)時(shí)效的循環(huán)蠕變機(jī)理，試驗(yàn)表明循環(huán)蠕變
與加載速度、次數(shù)，動(dòng)應(yīng)力幅值有關(guān)，循環(huán)應(yīng)力幅值越高，蠕變?cè)酱螅?br />
循環(huán)蠕變達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間越長(zhǎng)�；谝陨显囼�(yàn)，提出了用循環(huán)
載荷下的循環(huán)蠕變來(lái)模擬30d1L焊接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效過(guò)程殘余應(yīng)力的
松弛。通過(guò)試驗(yàn)建立了殘余應(yīng)力變化的數(shù)學(xué)模型，模型考慮了動(dòng)應(yīng)力
幅值和加載，周次對(duì)消應(yīng)力的影響，試驗(yàn)驗(yàn)證表明該模型可用于環(huán)
載荷下消應(yīng)力效果的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)誤差在15％的范圍內(nèi)。進(jìn)一步將該
模型用于HT—7U托卡馬克的實(shí)際工程，對(duì)304L不銹鋼大底板振動(dòng)時(shí)
效的殘余應(yīng)力消除效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并用盲孔法實(shí)測(cè)了時(shí)效前后的殘余
應(yīng)力。與殘余應(yīng)力實(shí)測(cè)法比較，用模型評(píng)價(jià)殘余應(yīng)力降低的誤差是
也8％，顯示了這種實(shí)時(shí)定量的評(píng)價(jià)方法有良好的實(shí)用性。
電渣焊由于焊接線能量高的特點(diǎn)，焊縫組織晶粒粗大，導(dǎo)致接頭
力學(xué)性能差，這一問(wèn)題在寶鋼高爐鋸的電渣焊中一直沒(méi)有得到解決。
本文針對(duì)高爐BB503（14№NiTL)的電渣焊，研究了采焊接過(guò)程
中附加振動(dòng)的方法一振動(dòng)焊接工藝改善焊接接頭的質(zhì)量，詳細(xì)研究了
振動(dòng)焊接工藝對(duì)BB503電渣焊焊接接頭力學(xué)性能和組織的影響，尤其
是焊縫側(cè)彎性能的變化，探討振動(dòng)焊接狀態(tài)下焊縫力學(xué)性能變化的理
焊接變形是大型焊接結(jié)構(gòu)的一個(gè)車(chē)要問(wèn)題。針對(duì)Q235B材料H型
钅岡的焊接，采用振動(dòng)埋弧焊接工藝降低結(jié)構(gòu)波浪變形。變形實(shí)測(cè)表明，
振動(dòng)埋弧焊H型鋼腹板的波浪變形平均值只有常規(guī)埋弧焊的一牛左
右，型鋼的焊接質(zhì)量得到提高。
關(guān)鍵詞焊接結(jié)構(gòu)，振動(dòng)時(shí)效，振動(dòng)阻尼，殘余應(yīng)力，振動(dòng)焊接
論依據(jù)的工藝，旨在降低結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性。針對(duì)磁浮
軌道梁焊接，本文詳細(xì)介紹振動(dòng)時(shí)效工藝及相關(guān)的工藝參數(shù)，從宏觀
