振動(dòng)時(shí)效工藝是機(jī)械制造過(guò)程中常用的一種消除殘余應(yīng)力方法，是通過(guò)振動(dòng)使工件內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動(dòng)應(yīng)力的矢量和達(dá)到超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的時(shí)候，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。而本文主要是研究振動(dòng)時(shí)效工藝在鋁合金箱形構(gòu)件上的應(yīng)用。

本次實(shí)驗(yàn)選取3門(mén)鋁合金炮塔作對(duì)比試驗(yàn)，其中1件采用熱時(shí)效，2件采用振動(dòng)時(shí)效，對(duì)熱時(shí)效前、后，振動(dòng)時(shí)效前、后進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，對(duì)比分析兩工藝效果。

試件分析

試件主體結(jié)構(gòu)主要由鋁合金平板拼焊而成，外形尺寸約為2452mm*1843mm*560mm，板材厚度有18、20、30、40、45mm等規(guī)格，材料為L(zhǎng)C50，焊縫采用雙面焊，V型接頭焊縫為主，圍板部分共27條焊縫，焊縫坡口尺寸較大，*大寬度達(dá)到22mm以上，深度達(dá)到15mm以上，金屬填充量大，較長(zhǎng)焊縫和橫向焊縫的應(yīng)力集中較大。

試驗(yàn)步驟

1. 采用盲孔法測(cè)試分別測(cè)試A試件熱時(shí)效前殘余應(yīng)力，B、C試件振動(dòng)時(shí)效前殘余應(yīng)力；

2. A采用熱時(shí)效消除焊接殘余應(yīng)力，B、C采用頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效消除焊接殘余應(yīng)力；

3. 采用盲孔法測(cè)試A試件熱時(shí)效后殘余應(yīng)力，測(cè)試B、C試件振動(dòng)時(shí)效后殘余應(yīng)力；

4. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析。

振動(dòng)時(shí)效工藝過(guò)程

試件支撐和激振器的裝夾

試件支撐時(shí)應(yīng)使激振力盡量被試件吸收而不至于被傳導(dǎo)至地面流失。原則上，支撐點(diǎn)越少越好，面積越小越好。實(shí)踐得出箱形構(gòu)件采用3點(diǎn)或4點(diǎn)支撐為較佳方式。試件支撐采用3個(gè)橡膠墊支撐，間隔約120°，激振器夾持于2點(diǎn)之間。

振動(dòng)時(shí)效參數(shù)選擇

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JH-700智能頻譜交流振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，激振器采用高速變頻伺服電機(jī)，功率1.5KW，電壓220V，轉(zhuǎn)速1000r/min，偏心調(diào)整為160.

處理過(guò)程應(yīng)保證5個(gè)諧波頻率加速度有2個(gè)或2個(gè)以上在30-70m/s²之間。實(shí)際振動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速為4680，5100r/min時(shí)加速度值在30-70m/s²之間，5個(gè)頻率共處理40min。

殘余應(yīng)力檢測(cè)

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JH-30殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，是盲孔法專(zhuān)用測(cè)試儀器，需搭配JHZK鉆孔裝置使用。測(cè)試時(shí)，用箔式應(yīng)變片粘貼在測(cè)試點(diǎn)的表面，在應(yīng)變片中心鉆一個(gè)小孔，使試件測(cè)試點(diǎn)處產(chǎn)生局部應(yīng)力釋放，應(yīng)變片感受出釋放應(yīng)變，儀器直接顯示出在孔深范圍內(nèi)的平均主應(yīng)力及相關(guān)參數(shù)。

試件為中軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，所有檢測(cè)點(diǎn)均布置在中軸線一側(cè)焊縫上。

檢測(cè)時(shí)，A進(jìn)行熱時(shí)效前和熱時(shí)效后1-4點(diǎn)為檢測(cè)；B進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效前和振動(dòng)時(shí)效后1-4點(diǎn)為檢測(cè)；C進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效前和振動(dòng)時(shí)效后1、3、5點(diǎn)為檢測(cè)（5點(diǎn)為3點(diǎn)對(duì)稱(chēng)位置）。

殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)分析

1. 試件A為熱時(shí)效工藝，其中A-1點(diǎn)最小主應(yīng)力σ₂由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，A-2點(diǎn)主應(yīng)力σ₁時(shí)效前后變化不大，A-3點(diǎn)主應(yīng)力σ₂熱時(shí)效后由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，A-4點(diǎn)*大主應(yīng)力σ₁熱時(shí)效后增加較多。可以看出，熱時(shí)效對(duì)試件各條焊縫的影響各有不同，這是由于試件焊縫較多，受熱后應(yīng)力重新分布所致。

2. 試件B和C均采用振動(dòng)時(shí)效處理，其中除B-1點(diǎn)變化不大，振動(dòng)時(shí)效對(duì)試件應(yīng)力水平的均化效果比較明顯，尤其是對(duì)較長(zhǎng)焊縫（B-3和C-3，C-5）的*大主應(yīng)力σ₁以及試件B和C的最小主應(yīng)力σ₂的降低效果明顯。

3. 試件A熱時(shí)效前*大主應(yīng)力σ₁位于-51.4-105.2MPa，應(yīng)力范圍為156.6MPa；熱時(shí)效后*大主應(yīng)力σ₁位于0.4-77.1MPa，應(yīng)力范圍為76.7MPa。試件B振動(dòng)時(shí)效前*大主應(yīng)力σ₁位于-58.7-60.4MPa，應(yīng)力范圍為119.1MPa；振動(dòng)時(shí)效后*大主應(yīng)力σ₁位于-1.9-67.7MPa，應(yīng)力范圍為69.6MPa。試件C振動(dòng)時(shí)效前*大主應(yīng)力σ₁位于-8.4-75.6MPa，應(yīng)力范圍為84MPa；振動(dòng)時(shí)效后*大主應(yīng)力σ₁位于9.8-35.2MPa，應(yīng)力范圍為25.4MPa。

4. 振動(dòng)時(shí)效后*大主應(yīng)力σ₁平均值為28.8MPa，熱時(shí)效后*大主應(yīng)力σ₁平均值為31.2MPa。

5. 二者除個(gè)別情況有上升外，熱時(shí)效殘余應(yīng)力*對(duì)值下降同向比較位于60%-93.1%，振動(dòng)時(shí)效殘余應(yīng)力*對(duì)值下降同向比較位于53.4%-96.7%；振動(dòng)時(shí)效后*大主應(yīng)力σ₁分布在-1.9-67.7MPa和9.8-35.5MPa，而熱時(shí)效后*大應(yīng)力σ₁分布在0.4-77.1MPa。從這方面比較，振動(dòng)時(shí)效工藝優(yōu)于熱時(shí)效工藝。

結(jié)論

1. 在鋁合金箱形焊接構(gòu)件上，振動(dòng)時(shí)效工藝和熱時(shí)效消除殘余應(yīng)力效果相當(dāng)，平均下降率為53%以上，因此振動(dòng)時(shí)效工藝可替代熱時(shí)效。

2. 振動(dòng)時(shí)效工藝具有時(shí)間短、成本低、不受場(chǎng)地限制、不氧化工件等優(yōu)點(diǎn)，是一種成本低、效率高的時(shí)效處理方法；

應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效工藝，對(duì)于生產(chǎn)廠家降低生產(chǎn)成本、提高加工精度和生產(chǎn)效率具有重大意義，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。