精密箱型結(jié)構(gòu)件由16Mn和軟磁鋼焊接而成的，對(duì)制造尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性有極高要求，在3000mm長(zhǎng)度內(nèi)的不直度或不平面度應(yīng)不大于1mm，因此在精加工前必須對(duì)零件進(jìn)行消除應(yīng)力處理。根據(jù)結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝要求，結(jié)構(gòu)件為箱型體，在軟磁鋼板焊合后，內(nèi)壁無法實(shí)施熱噴鋁工藝，所以在軟磁鋼板焊前先進(jìn)行內(nèi)壁的熱噴鋁，但傳統(tǒng)的熱時(shí)效工藝會(huì)造成焊前的抗氧化熱噴鋁層的失效，因此決定引進(jìn)新工藝-振動(dòng)時(shí)效。本文通過動(dòng)應(yīng)力分析和振動(dòng)時(shí)效工藝前后殘余應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷振動(dòng)時(shí)效工藝的可靠性和有效性。
振動(dòng)時(shí)效工藝方案
振動(dòng)工藝方案
結(jié)構(gòu)件是箱型梁構(gòu)造，振動(dòng)時(shí)效一般可確定兩種振型；扭曲振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。其中，扭曲振動(dòng)可以獲得在整個(gè)構(gòu)件上較均勻的動(dòng)應(yīng)力，所以本次試驗(yàn)只研究扭曲振動(dòng)。
角焊縫測(cè)量點(diǎn)分布
本次試驗(yàn)從已完成矯形的精密箱型結(jié)構(gòu)中隨機(jī)抽取兩根進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，每根結(jié)構(gòu)件選取6個(gè)測(cè)量位置。以往的試驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)件的角焊縫是焊接工藝順序中的最后焊縫，其殘余應(yīng)力水平高于其他焊縫。因此，選擇測(cè)點(diǎn)分布于結(jié)構(gòu)件的角焊縫上，對(duì)每個(gè)測(cè)位按振動(dòng)前、后進(jìn)行兩次測(cè)量，以比較振動(dòng)時(shí)效后及總體工藝的消應(yīng)力效果。
振動(dòng)時(shí)效工藝效果評(píng)定
振動(dòng)時(shí)效工藝效果評(píng)定方法主要有三種；參數(shù)曲線觀測(cè)法、殘余應(yīng)力測(cè)量法、精度穩(wěn)定性檢測(cè)，同時(shí)對(duì)動(dòng)應(yīng)力的幅值有明確的規(guī)定。
圖1精密箱型結(jié)構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝曲線
參數(shù)曲線分析
從圖1可以看出，當(dāng)a-t曲線由初始不穩(wěn)定態(tài)，經(jīng)數(shù)分鐘處理后，進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)，表明振動(dòng)工藝有效；當(dāng)振動(dòng)前（實(shí)線） 、振動(dòng)后（虛線）的a-f兩次掃頻曲線出現(xiàn)共振峰頻率變低，峰值上升，峰形變狹窄時(shí)，根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定可以確定振動(dòng)工藝正式有效。
殘余應(yīng)力測(cè)量
采用盲孔法測(cè)量振動(dòng)前后結(jié)構(gòu)件各測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力，結(jié)果表明：振動(dòng)時(shí)效后結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力水平明顯下降。以最大主應(yīng)力為例，結(jié)構(gòu)件1焊后最大主應(yīng)力呈現(xiàn)兩端小，中間大的形式分布，平均值σmax1=17MPa，振動(dòng)時(shí)效后最大主應(yīng)力平均值σmax1=83MPa；結(jié)構(gòu)件2焊后最大主應(yīng)力平均值σmax1=135MPa，振動(dòng)時(shí)效后最大主應(yīng)力平均值σmax1=79MPa。兩根精密型箱型梁結(jié)構(gòu)件最大主應(yīng)力差逐步減小，最大主應(yīng)力平均值下降率分別為29%和41%?？梢钥闯觯罱K殘余應(yīng)力分布趨向均勻，消除應(yīng)力效果明顯，并有很好的重復(fù)性；同時(shí)，兩根結(jié)構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效后的最大主應(yīng)力平均值僅為理論最大殘余應(yīng)力值的23%，從而證實(shí)振動(dòng)時(shí)效工藝穩(wěn)定、可靠。
動(dòng)應(yīng)力測(cè)量
動(dòng)應(yīng)力是評(píng)價(jià)振動(dòng)時(shí)效最重要的工藝參數(shù)，可以確定振動(dòng)的受控狀況，并應(yīng)用動(dòng)應(yīng)力幅值及加載次數(shù)評(píng)價(jià)振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)力效果。試驗(yàn)證明，當(dāng)動(dòng)應(yīng)力大于10MPa時(shí)就可以獲得消應(yīng)力效果。所測(cè)的的數(shù)據(jù)表明，精密型結(jié)構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力幅值為14.4-25.9MPa，并以原始?xì)堄喾逯祽?yīng)力水平為355MPa進(jìn)行計(jì)算，平均消應(yīng)力效果達(dá)到25.3%，與殘余應(yīng)力測(cè)量的應(yīng)力下降率結(jié)果接近。綜合兩次振動(dòng)時(shí)效應(yīng)力效果，應(yīng)力動(dòng)應(yīng)力判據(jù)方法確認(rèn)本次精密箱型結(jié)構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝試驗(yàn)有效，可靠。
結(jié)論
1. 根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)，采用參數(shù)曲線觀測(cè)法，驗(yàn)證振動(dòng)時(shí)效工藝有效。
2. 動(dòng)應(yīng)力測(cè)量結(jié)果表明，應(yīng)用現(xiàn)行振動(dòng)時(shí)效工藝，在構(gòu)件上獲取的動(dòng)應(yīng)力值滿足試驗(yàn)要求。通過振動(dòng)，可有效的消除宏觀殘余應(yīng)力，主應(yīng)力下降量可達(dá)30%，證實(shí)振動(dòng)時(shí)效工藝有效。
3. 殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力總體分布狀態(tài)為兩端小，中間大，應(yīng)力分布符合焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)規(guī)律和有限元分析結(jié)算結(jié)果。經(jīng)過振動(dòng)時(shí)效后，最大主應(yīng)力差減小，殘余應(yīng)力的最終分布趨向均勻，證實(shí)振動(dòng)時(shí)效工藝有效。
4. 兩根結(jié)構(gòu)件經(jīng)矯形和振動(dòng)時(shí)效后，其最大主應(yīng)力平均值分別為83MPa和79MPa，非常接近，僅為理論最大殘余應(yīng)力的23%。其最大主應(yīng)力平均值下降率分別為29%和41%，與動(dòng)應(yīng)力測(cè)量評(píng)估結(jié)果水平相當(dāng)，從而確認(rèn)振動(dòng)時(shí)效工藝穩(wěn)定可靠。
