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對于焊接結構而言，焊后殘余應力的存在幾乎是不可避免的。而焊接殘余應力對焊接結構的強度和剛度都有著不同程度的影響，因此，盡可能地降低焊接殘余應力并使之分布均勻化是保證焊接結構使用安全的關鍵之一。

焊后熱處理是降低焊接殘余應力的常用方法。但是也存在一些問題，一是受到爐體容積的限制，許多大型構件都難以處理；二是容易產生新的變形。而振動時效基本不受構件體積和形狀的限制，可在施工現(xiàn)場使用，且對穩(wěn)定零件的尺寸有顯著效果，因此可代替熱時效。

本文著重探討振動時效在超厚鋼板焊接結構上應用的可行性。試驗中采用的設備是南京聚航科技有限公司的JH-578A數(shù)碼交流振動時效設備，該設備采用高速變頻伺服電機，比直流永磁電機頻域寬、激振力大、壽命長、時效效果更好。

振前振后采用盲孔法檢測殘余應力，儀器采用聚航科技的JHMK殘余應力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK殘余應力精密鉆孔裝置組成。

振動試板及其焊接工藝

試板材料為16MnJ，板厚60mm。對于T試板，加焊400mm長的拘束段，采用手工焊，焊條T506；對于L試板，由于焊縫較短，不加拘束段，但要用引弧板和收弧板。

試驗段全部采用埋弧焊，焊材為H10Mn2（φ5）+HJ431。焊前預熱，預熱溫度100-150℃。焊接電流500-600A，焊接電壓33-37V，焊接速度500-600mm/min。焊接接頭的屈服強度σ為388MPa。

振動時效工藝選擇

振動時效可以選擇的工藝參量有支撐方式、激振力、振動頻率和振動時間。

對于本次測試件，支撐方式主要以支撐距離來表征。設支撐點距試板一端的距離為S，試板的長度為L。當支撐點離端部太近時，雖然試板的剛性較小，但與支撐物的接觸不穩(wěn)，容易產生“彈動”現(xiàn)象，在振動曲線上表現(xiàn)為波峰區(qū)域較寬。此時，雖然輸入的能量較大，但試板彎曲振動也很小，不易消除殘余應力。通過一系列試驗調整，當支撐距離S=530mm時，能夠在*低的轉速下產生較高的振動效果。也就是說。對于這塊試件，支撐點應放置在其一階振型的節(jié)點處。

激振力的改變是通過調節(jié)偏心距來實現(xiàn)的，因此可用偏心距來表征激振力。實驗表明，改變偏心距e對共振轉速n₀影響很小，而加速度峰值G_max則變化顯著。即激振力的改變并不影響振動曲線的特征，只起放大或縮小的作用。

因此，對于本次試板而言，所選的支撐方式為S=530mm。激振力為e=1.5mm。此時，n₀=3235rpm，G_max=11.2g，n₁=3000rpm。

振動頻率與電機的轉速是等同的。在確定了振動曲線之后，可以選定振動試板的電機轉速。一般而言，不宜在N₀處振動工件，因為此時工件處于受迫共振狀態(tài)，容易損傷工件。選擇合適的電機轉速n有兩個經驗依據(jù)：⑴能使G_max≥10g即可；⑵取峰值所對應轉速的2/3。對于本文的試驗而言，n=3156rpm時，G_max=10g，（n-n₁）/（n₀-n₁）=0.66≈2/3。因此，本文的試驗證實了兩者的統(tǒng)一。

振動時間的選取較為簡單，按試板重量確定為30分鐘。

消除殘余應力效果

通過上述實驗可確定支撐點距試板端部530mm，激振力選檔1.5，電機轉速取3156rpm。此時，焊縫處的動應力為88MPa。振動30分鐘后停機，然后測量殘余應力，并與振前的測試結果加以比較，如圖1、2所示。從圖中可以看出，在高應力區(qū)殘余應力明顯下降；在低應力區(qū)殘余應力的下降程度相對較低。在高應力區(qū)，殘余應力和動應力的疊加超過了屈服應力。

因而，有足夠的塑性流動來調整殘余應力，使之顯著下降。在低應力區(qū)，殘余應力本身就較低，和動應力疊加很難超過屈服應力，只有通過應力平衡來調整殘余應力，因而下降程度不那么顯著。由于低應力區(qū)應力水平較低，因而也不是構件安全的主要問題。

結論

1. 振動曲線上的N₀特征量與支撐方式有關；G_max特征量與激振力有關。即支撐方式和激振力決定了振動曲線。只有選擇適合的支撐方式和激振力，才能使被處理工件有效起振。

2. 殘余應力的下降程度與初始應力狀態(tài)有關，即高應力區(qū)下降幅度較大，低應力區(qū)下降相對較小。因此，可認為振動處理可提高應力均化的程度。

3. 只要工藝選擇恰當，振動時效可用于超厚板制作的剛性較大的焊接結構。