箱形結構件是由主體框架和輔助部件拼焊而成。在焊接過程中，由于熱輸入的影響，結構中不同板厚的折彎、沖壓部件便會在焊接過程中產生不均勻的塑性變形。焊接完成后，構件內部便會殘留大量焊接應力。焊接殘余應力是造成構件斷裂、變形及應力腐蝕的重要原因，不僅影響結構的承載能力還影響其使用性能。

為消除殘余應力，廠家多采用傳統(tǒng)的熱處理方法，但由于受到工件尺寸、材質及生產周期的制約其難于應用。而振動時效工藝具有生產周期短、消除應力顯著、不受環(huán)境場地限制等優(yōu)點。

應用振動時效工藝消除箱形結構件殘余應力，通過試驗對比分析，研究振動時效對長直焊縫殘余應力大小、分布及底板平面度、硬度的影響。

實驗材料及設備

箱形結構件材質為低合金高強鋼，構件尺寸為750*260*240mm，質量0.7t。箱形結構件由U形折彎板、端板、底板及相關組件通過氣保焊焊接而成。

設備采用南京聚航科技有限公司的JH-600A1振動時效設備，采用高速變頻伺服電機，激振力大、壽命長、時效效果好。

檢測儀器采用JHMK多點殘余應力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK鉆孔裝置組成。軟件進行設置后，自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存應力應變數(shù)值，測量直觀明了，精度高。

振動時效工藝方法

取4件箱形結構件左右對稱布置于振動平臺上，結構件做4點固定支撐，支撐點選在平臺振動時波節(jié)及附近位置。激振器放在中間對稱位置上，這種振動模型阻力小，易于獲得較大振幅的共振。

為取得*佳振動效果，根據箱形結構件特點、自身質量、殘余應力的大小及分布，選取振動時效的時間為30min。

殘余應力測量方法

采用盲孔法對焊縫中的殘余應力進行測量。測量前，對測試焊縫的表面進行打磨并用酒精棉去污。粘貼固定應變片后，用打孔裝置打出一個直徑為1.5mm，深2.0mm的盲孔。將待測長直焊縫劃分為2個測區(qū)Ⅰ和Ⅱ。其中Ⅰ測區(qū)中的6個測點均分布在長直焊縫，從左至右順序標記為1、2、3、4、5、6；Ⅱ測區(qū)中的4個測點其中前2個測點位于長直焊縫的引弧端，后2個測點位于熄弧端，測點標記為1#、2#、3#、4#。各測區(qū)振前與振后的測點相等，振前測點位于振后測點左側，相距10mm。

殘余應力測試結果及分析

為避免單件測量誤差對分析結果的影響，將4件箱形結構件相同位置的測量結果取平均值，平均值分別用1、2、3、4、5、6及1#、2#、3#、4#表示，對測量結果進行以下分析。

如圖1所示，長直焊縫引弧位置*大主殘余應力高于熄弧位置。振動時效后，*大主殘余應力幅值較振動時效前明顯減小。前者是因為焊接過程中的熱輸入相當于對構件進行預熱，使得熄弧位置溫度場的變化更加均勻，焊后應力較小；后者在于振動時效使得構件發(fā)生共振，在激振力作用下，*大主殘余應力位置不斷發(fā)生微小的塑性變形，應力松弛后主殘余應力下降。

如圖2所示，長直焊縫應力的分布表現(xiàn)為中間高兩端底的形態(tài)，這可能是由于箱形結構使得構件兩端的冷卻速度高于中間位置的冷卻速度，導致不同位置焊縫收縮量不同而產生的。

圖1及圖2顯示，振動時效能夠有效降低焊縫殘余應力，并使得焊后殘余應力均勻化。通過振動時效處理箱形結構件*大主殘余應力極值為179.12MPa，箱形結構件作為高周疲勞剛性部件，負載應力設計為110MPa，當負載應力與殘余應力極值疊加后仍遠低于結構的屈服強度345MPa，使得構件在使用過程中不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

結論

1.振動時效顯著降低了箱形結構焊縫殘余應力，使應力、硬度均勻化。

2.通過振動時效處理，箱形結構的底面平面度尺寸穩(wěn)定性增強，滿足了設計要求。