焊接結(jié)構(gòu)的振動時效及振動焊接研究
電弧焊過程是對金屬構(gòu)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(zhì)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(chǎn)生。熱處理是一種傳統(tǒng)的氵肖除焊接結(jié)
構(gòu)殘余應力、改善焊縫組織的方法，但對大型焊接構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(gòu)
殘余應力工藝的總稱。這種工藝目前已經(jīng)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(diào)制焊接，是在焊接過程對構(gòu)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(jié)構(gòu)的振動的效是對焊后構(gòu)件在常溫下進行機械振動處理
的工藝，旨在降低結(jié)構(gòu)殘余應力，保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)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(shù)，從宏觀
焊接結(jié)構(gòu)的振動的效是對焊后構(gòu)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(qū)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(shù)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(jié)構(gòu)阝且尼是振動時效過程的重要非粘
性阻尼，導出了基于結(jié)構(gòu)阻尼的振動時效幅頻參數(shù)曲線方程。根據(jù)
HT—7L超導托卡馬克紹構(gòu)的振動時效幅頻參數(shù)曲線，指出結(jié)構(gòu)復雜
的焊接構(gòu)件振動時效時，不同的振峰，振動時效后的變化規(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，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(jù)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(tài)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(nèi)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(xù)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(shù)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(jié)構(gòu)受到循環(huán)載荷的作
用，動應力的大小與結(jié)構(gòu)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(huán)載荷下的應力應變變
化規(guī)律，提出了304L振動時效的循環(huán)蠕變機理，試驗表明循環(huán)蠕變
與加載速度、次數(shù)，動應力幅值有關，循環(huán)應力幅值越高，蠕變越大，
循環(huán)蠕變達到穩(wěn)定所需要的時間越長。基于以上試驗，提出了用循環(huán)
載荷下的循環(huán)蠕變來模擬30d1L焊接結(jié)構(gòu)的振動時效過程殘余應力的
松弛。通過試驗建立了殘余應力變化的數(shù)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(huán)
載荷下消應力效果的評價，評價誤差在15％的范圍內(nèi)。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。
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(zhì)量，詳細研究了
振動焊接工藝對BB503電渣焊焊接接頭力學性能和組織的影響，尤其
是焊縫側(cè)彎性能的變化，探討振動焊接狀態(tài)下焊縫力學性能變化的理
焊接變形是大型焊接結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guī)埋弧焊的一牛左
右，型鋼的焊接質(zhì)量得到提高。
關鍵詞焊接結(jié)構(gòu)，振動時效，振動阻尼，殘余應力，振動焊接
論依據(jù)的工藝，旨在降低結(jié)構(gòu)殘余應力，保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)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(shù)，從宏觀
