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焊接結構的振動時效及振動焊接研究

電弧焊過程是對金屬構付局部快速加熱和；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生。熱處理是一種傳統的氵肖除焊接結

構殘余應力、改善焊縫組織的方法，但對大型焊接構件或在材料表面

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

接結構的殘余應力，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

殘余應力工藝的總稱。這種工藝目前已經得到廣泛的應用，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，或振動調制焊接，是在焊接過程對構件附加一個機械振

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。

    焊接結構的振動的效是對焊后構件在常溫下進行機械振動處理

的工藝，旨在降低結構殘余應力，保證結構尺寸的穩定性。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，從宏觀

焊接結構的振動的效是對焊后構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，結構阝且尼是振動時效過程的重要非粘

性阻尼，導出了基于結構阻尼的振動時效幅頻參數曲線方程。根據

HT—7L超導托卡馬克紹構的振動時效幅頻參數曲線，指出結構復雜

的焊接構件振動時效時，不同的振峰，振動時效后的變化規律并不相

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。