某船廠大橋箱型梁結構體積大、超重，使用傳統的消除應力工藝耗時耗能、效率低、投資大，且容易產生新的變形，所以廠家決定采用振動時效消除拼焊過程中產生的焊接變形和殘余應力。通過振動前后殘余應力測量數據對比，了解大橋箱型梁拼焊處振動時效過程中內應力變化，確定振動時效工藝的可靠性和有效性。
 

　　大橋箱型梁結構件，材料是16Mn(Q345B)，拼焊處由環縫、縱縫和人孔縫組成。其對制造的尺寸精度和尺寸穩定性要求很高，在3m長度內的不直度或不平面度應不大于1mm，故必須在精加工前對構件進行消應力處理。
 

　　本次試驗采用聚航科技生產的JH-200A3直流振動時效設備，轉速在1000-8000r/min，*大激振力為30KN。具有殘余應力動態跟蹤功能，時效效果穩定可靠，高亮度真彩液晶屏顯示各種曲線和數據，中文打印時效參數和效果。試驗支撐點及激振點的布置如下圖所示。

 

　　振動時效工藝效果評定三種方法：參數曲線觀測法、殘余應力測量法和精度穩定性檢測法。本次試驗采用了前兩種方法來評估大橋箱型梁振動時效消除殘余應力的效果。
 

　　參數曲線分析
 

　　試驗采用了振動過程中振前、振后振幅-頻率曲線的參數曲線觀測法來確定振動時效工藝效果。箱型梁結構件振動時效工藝參數曲線及評定結果如圖。

　　對比振動前后的兩次振幅-頻率曲線，當振動前、振動后的G-f掃頻曲線出現共振峰頻率變低、峰值上升、峰形變狹窄時，根據機械行業標準中的規定可以確定振動工藝有效。
 

　　殘余應力測量方法
 

　　殘余應力測量方法是通過比較振動前后構件不同位置的殘余應力是否均化、減小，進而確定整個振動方案的有效性。試驗采用盲孔法對焊縫處殘余應力進行測量，盲孔法是在應力場測點的三向應變花上鉆一個直徑D=2.0mm，深度H=2.0mm盲孔，從而該處的應力場在盲孔的干涉下發生了變化。
 

　　實驗共測量了大橋箱型梁結構上表面大環縫上三點(序號1-3)，上表面人孔環焊縫上三點(序號4-6)，底部縱縫上三點(序號7-9)。
 

　　測量結果表明，振動前上表面大環縫處*大主應力σmax為86MPa-315MPa；平均值為157MPa，小于1/2σs(大橋箱型梁鋼號Q345B，σs=345MPa)，主應力差為20MPa-266MPa，平均值為156MPa。其中個別點應力值較大，有σmax=315MPa，接近母材σs，且主應力差Dσ=266MPa，水平較高，原因是受橫向筋拘束的影響；上表面人孔環焊縫處*大主應力平均值相對較大，有σmax=184MPa，原因是受孔形環焊縫拘束的影響；下表面縱縫處*大主應力平均值σmax=62MPa，相對較小。經過振動時效，大橋箱型梁上表面直焊縫*大主應力σmax為60MPa-210MPa；平均值為113MPa，下降量為28%；主應力差平均值下降為119MPa，下降量為24%。上表面大環縫和下表面縱縫處*大主應力平均值下降量分別為34%和31%，主應力差平均值下降量為38%和32%。這說明經過振動時效工藝后的殘余應力明顯下降，應力分布得到一定程度上的均化，大橋箱型梁的穩定性和抗變形能力得到提高；測量結果定量地表明了振動時效工藝已達到使殘余應力水平下降量大于20%的技術要求。
 

　　結論
 

　　根據GB/T 25713-2010標準，應用振動工藝掃頻曲線進行振動時效工藝效果評定，結果證明振動時效工藝有效。
 

　　應用盲孔法進行大橋箱型梁殘余應力對比測量，結果表明構件拼焊處應用振動時效工藝的消應力效果均達到30%以上，證明振動時效工藝效果良好。