振動時效工藝在大橋箱型梁上應(yīng)用效果評定

某船廠大橋箱型梁結(jié)構(gòu)體積大、超重，使用傳統(tǒng)的消除應(yīng)力工藝耗時耗能、效率低、投資大，且容易產(chǎn)生新的變形，所以廠家決定采用振動時效消除拼焊過程中產(chǎn)生的焊接變形和殘余應(yīng)力。通過振動前后殘余應(yīng)力測量數(shù)據(jù)對比，了解大橋箱型梁拼焊處振動時效過程中內(nèi)應(yīng)力變化，確定振動時效工藝的可靠性和有效性。

大橋箱型梁結(jié)構(gòu)件，材料是16Mn（Q345B），拼焊處由環(huán)縫、縱縫和人孔縫組成。其對制造的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性要求很高，在3m長度內(nèi)的不直度或不平面度應(yīng)不大于1mm，故必須在精加工前對構(gòu)件進行消應(yīng)力處理。

本次試驗采用聚航科技生產(chǎn)的JH-200A3直流振動時效設(shè)備，轉(zhuǎn)速在1000-8000r/min，*大激振力為30KN。具有殘余應(yīng)力動態(tài)跟蹤功能，時效效果穩(wěn)定可靠，高亮度真彩液晶屏顯示各種曲線和數(shù)據(jù)，中文打印時效參數(shù)和效果。試驗支撐點及激振點的布置如下圖所示。

振動時效工藝效果評定

振動時效工藝效果評定三種方法：參數(shù)曲線觀測法、殘余應(yīng)力測量法和精度穩(wěn)定性檢測法。本次試驗采用了前兩種方法來評估大橋箱型梁振動時效消除殘余應(yīng)力的效果。

參數(shù)曲線分析

試驗采用了振動過程中振前、振后振幅-頻率曲線的參數(shù)曲線觀測法來確定振動時效工藝效果。箱型梁結(jié)構(gòu)件振動時效工藝參數(shù)曲線及評定結(jié)果如圖。

對比振動前后的兩次振幅-頻率曲線，當(dāng)振動前、振動后的G-f掃頻曲線出現(xiàn)共振峰頻率變低、峰值上升、峰形變狹窄時，根據(jù)機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定可以確定振動工藝有效。

殘余應(yīng)力測量方法

殘余應(yīng)力測量方法是通過比較振動前后構(gòu)件不同位置的殘余應(yīng)力是否均化、減小，進而確定整個振動方案的有效性。試驗采用盲孔法對焊縫處殘余應(yīng)力進行測量，盲孔法是在應(yīng)力場測點的三向應(yīng)變花上鉆一個直徑D=2.0mm，深度H=2.0mm盲孔，從而該處的應(yīng)力場在盲孔的干涉下發(fā)生了變化。

實驗共測量了大橋箱型梁結(jié)構(gòu)上表面大環(huán)縫上三點（序號1-3），上表面人孔環(huán)焊縫上三點（序號4-6），底部縱縫上三點（序號7-9）。

測量結(jié)果表明，振動前上表面大環(huán)縫處*大主應(yīng)力σ_max為86MPa-315MPa；平均值為157MPa，小于1/2σ_s（大橋箱型梁鋼號Q345B，σ_s=345MPa），主應(yīng)力差為20MPa-266MPa，平均值為156MPa。其中個別點應(yīng)力值較大，有σ_max=315MPa，接近母材σ_s，且主應(yīng)力差D_σ=266MPa，水平較高，原因是受橫向筋拘束的影響；上表面人孔環(huán)焊縫處*大主應(yīng)力平均值相對較大，有σ_max=184MPa，原因是受孔形環(huán)焊縫拘束的影響；下表面縱縫處*大主應(yīng)力平均值σ_max=62MPa，相對較小。經(jīng)過振動時效，大橋箱型梁上表面直焊縫*大主應(yīng)力σ_max為60MPa-210MPa；平均值為113MPa，下降量為28%；主應(yīng)力差平均值下降為119MPa，下降量為24%。上表面大環(huán)縫和下表面縱縫處大主應(yīng)力平均值下降量分別為34%和31%，主應(yīng)力差平均值下降量為38%和32%。這說明經(jīng)過振動時效工藝后的殘余應(yīng)力明顯下降，應(yīng)力分布得到一定程度上的均化，大橋箱型梁的穩(wěn)定性和抗變形能力得到提高；測量結(jié)果定量地表明了振動時效工藝已達到使殘余應(yīng)力水平下降量大于20%的技術(shù)要求。

結(jié)論

1. 根據(jù)GB/T 25713-2010標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用振動工藝掃頻曲線進行振動時效工藝效果評定，結(jié)果證明振動時效工藝有效。

2. 應(yīng)用盲孔法進行大橋箱型梁殘余應(yīng)力對比測量，結(jié)果表明構(gòu)件拼焊處應(yīng)用振動時效工藝的消應(yīng)力效果均達到30%以上，證明振動時效工藝效果良好。