焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求 JB/T 10375-2002
1 范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇、技術(shù)要求和振動(dòng)時(shí)效效果的評(píng)定方法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金熔化焊焊接構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效處理。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
JB/T5925.2 機(jī)械式振動(dòng)時(shí)效裝置技術(shù)條件
3 術(shù)語(yǔ)、符號(hào)
3.1 激振點(diǎn)（exciting point）
振動(dòng)時(shí)效時(shí)給構(gòu)件的施力點(diǎn)稱(chēng)為激振點(diǎn)。
3.2 支撐點(diǎn)（support point）
為了對(duì)構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效而選擇的支持構(gòu)件的位置。
3.3 動(dòng)應(yīng)力（dynamic stress）
激振力引起構(gòu)件諧振響應(yīng)時(shí)，在其內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為動(dòng)應(yīng)力。矢量，符號(hào)為σd（幅值），單位為（MPa）。
3.4 共振及振型（resonance and vibration mode）
當(dāng)激振力提供的周期性激振力的頻率與系統(tǒng)固有頻率接近或相等時(shí)，構(gòu)件的振幅急劇增大的現(xiàn)象為共振。共振時(shí)，構(gòu)件表面上所有質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的包絡(luò)線（面），即為振型，包括彎曲、扭轉(zhuǎn)、扭曲、鐘振型和鼓振型。
3.5 節(jié)點(diǎn)（節(jié)線）（node, node line）
振動(dòng)時(shí)效時(shí)，構(gòu)件振幅最小處稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)（節(jié)線）。
3.6 主振頻率、附振頻率（principal and additional vibration frequency）
在激振裝置的頻率范圍內(nèi)，引起構(gòu)件諧振響應(yīng)的頻率中，頻率低、位移幅大的頻率稱(chēng)為主頻率f1，其余則為附頻率fx。符號(hào)為f1、f2…，單位為Hz；或符號(hào)為n1、n2…，單位為rpm。
3.7 掃頻和掃頻曲線（frequency sweep and the curve）
固定偏心，將激振力的頻率由小調(diào)大的過(guò)程，稱(chēng)為掃頻。隨著頻率的變化，構(gòu)件振動(dòng)響應(yīng)發(fā)生變化，反映振動(dòng)響應(yīng)與頻率之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為掃頻曲線。如A—f稱(chēng)為振幅—頻率曲線，a—f稱(chēng)為加速度—頻率曲線；而振動(dòng)時(shí)效裝置繪制的是加速度—轉(zhuǎn)速（a—n）曲線。
其中：A表示振幅；a表示加速度；f表示頻率；n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速。
3.8 時(shí)效曲線（aging curve）
在確定的振動(dòng)頻率和激振力下，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)處理所得到的加速度—時(shí)間曲線。其標(biāo)記為a—t，t表示時(shí)間。
3.9 振動(dòng)焊接（vibratory welding）
在小激振力作用和亞共振頻率下，引起構(gòu)件微小諧振的同時(shí)，進(jìn)行焊接的工藝操作過(guò)程。
3.10 頻率分析（frequency analysis）
用激振器對(duì)工作做間隙式施振，獲取工件頻率分布的過(guò)程。
4 振動(dòng)時(shí)效裝置的選擇
進(jìn)行焊接構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)，所使用的振動(dòng)時(shí)效裝置應(yīng)滿(mǎn)足JB/T5925.2的常規(guī)要求，并具備下述功能：
— 穩(wěn)速精度可保證控制在±1 r/min以?xún)?nèi)；
— 可以在線或最終繪出完整而細(xì)密的掃頻曲線以及多條加速度時(shí)間曲線；
— 加速度測(cè)量系統(tǒng)可以是振動(dòng)時(shí)效裝置的附屬部分，也可以是一個(gè)單獨(dú)的測(cè)量?jī)x。
5 工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求
5.1 參數(shù)確定準(zhǔn)則
一般情況下，振動(dòng)參數(shù)應(yīng)在針對(duì)具體焊接構(gòu)件的工況條件，分析并判斷出構(gòu)件在激振頻率范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的振型基礎(chǔ)上確定。
對(duì)重大、關(guān)鍵構(gòu)件，可做實(shí)際邊界條件下的動(dòng)應(yīng)力有限元分析，求解出結(jié)構(gòu)件在16~200Hz范圍內(nèi)的固有頻率和振型，以確定支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)的位置。
5.2 直接振動(dòng)
構(gòu)件在激振頻率范圍內(nèi)，如能激起響應(yīng)，可以直接振動(dòng)。
5.2.1 構(gòu)件的支撐
對(duì)于可以直接振動(dòng)的構(gòu)件，可根據(jù)分析、判斷的振型，在節(jié)點(diǎn)處放置彈性支撐。支撐點(diǎn)可為二點(diǎn)、三點(diǎn)或四點(diǎn)。
特殊構(gòu)件的支撐應(yīng)以平穩(wěn)為準(zhǔn)。
5.2.2 激振器的固定
激振器應(yīng)剛性地固定在主振頻率共振振型的波峰處或附近，固定處應(yīng)當(dāng)平整。
5.2.3 拾振器的固定
拾振器應(yīng)固定在遠(yuǎn)離激振器且能反映主振頻率振型最大振幅或附近，其方向應(yīng)與振動(dòng)方向一致。
5.3 非直接振動(dòng)
對(duì)于無(wú)法直接振動(dòng)的構(gòu)件，應(yīng)采取降頻措施。主要的降頻措施包括：懸臂、串聯(lián)和組合等方法。
5.3.1 懸臂振動(dòng)
懸臂振動(dòng)是將構(gòu)件的一端剛性固定，激振器設(shè)置在另一端所進(jìn)行的振動(dòng)處理方法。
5.3.2 串聯(lián)振動(dòng)
串聯(lián)振動(dòng)是將兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)件沿長(zhǎng)度方向剛性連接，組成一個(gè)新的振動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)處理。支撐點(diǎn)、激振器及拾振器的設(shè)置與直接振動(dòng)時(shí)相同。
5.3.3 組合振動(dòng)
組合振動(dòng)是將多個(gè)構(gòu)件裝卡在振動(dòng)平臺(tái)上，按平臺(tái)的振型確定支撐、激振和拾振。
5.4 構(gòu)件的試振
5.4.1 通則
對(duì)其他材質(zhì)焊接構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行類(lèi)似材料及工藝的評(píng)定。
缺陷超標(biāo)的構(gòu)件及焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的構(gòu)件不允許進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。
5.4.2 激振器偏心設(shè)置
激振器偏心擋位的選擇應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足保證構(gòu)件產(chǎn)生合適振幅且裝置輸出載荷不超過(guò)額定載荷的70%。
5.4.3 動(dòng)應(yīng)力方向
進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效時(shí)，動(dòng)應(yīng)力方向應(yīng)與構(gòu)件主要焊縫的最大主應(yīng)力方向相同或相近。
5.4.4 固有頻率獲得
工作的固有頻率可以采用全程掃頻的方法獲得，也可通過(guò)頻率分析方法獲得。在尋找到處理頻率之后，在亞共振區(qū)內(nèi)選擇其振動(dòng)峰峰值1/3~2/3處對(duì)應(yīng)的頻率開(kāi)始振動(dòng)工件。
全程掃頻時(shí)，應(yīng)根據(jù)尋找出的諧振峰確定主、附頻率，按主振頻率的振型調(diào)整支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)。
采用頻率分析方法時(shí)，可用激振器對(duì)工件做間隙式施振從而獲得工件的固有頻率，并在多振型原則下，進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化選擇最佳頻率組。
5.4.5 動(dòng)應(yīng)力的確定
動(dòng)應(yīng)力幅值應(yīng)達(dá)到構(gòu)件工作應(yīng)力的1/3~2/3。
動(dòng)應(yīng)力可按下式估算：
（σb-σs）/3≤σ≤σd/3式中：
σd為動(dòng)應(yīng)力幅值；
σs為材料的屈服強(qiáng)度；
σb為材料的抗拉強(qiáng)度。
動(dòng)應(yīng)力幅值控制與構(gòu)件的應(yīng)力集中情況有關(guān)，當(dāng)構(gòu)件幾何形狀均勻、接頭應(yīng)力集中系數(shù)較小時(shí)，動(dòng)應(yīng)力可取上限值（σb/3）；當(dāng)構(gòu)件幾何形狀不均勻、接頭應(yīng)力集中系數(shù)較大時(shí)，動(dòng)應(yīng)力可取下限值（σb-σs）/3。
5.4.6 振動(dòng)時(shí)間的確定
一般情況下，焊接構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效由如下三個(gè)階段組成：
— 開(kāi)始階段（開(kāi)始振動(dòng)的約2~3分鐘）：主要參數(shù)變化很快，構(gòu)件的殘余應(yīng)力亦隨之變化很快；
— 中間階段：參數(shù)和應(yīng)力變化趨緩；
— 結(jié)束階段（最后的約2~3分鐘）：參數(shù)和殘余應(yīng)力基本上沒(méi)有變化。
根據(jù)焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效的規(guī)律及特點(diǎn)，振動(dòng)時(shí)效的時(shí)間一般控制在10~45分鐘為宜。對(duì)于剛度較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的構(gòu)件而言，其振動(dòng)時(shí)效所需的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
5.5 構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效
需要進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效的構(gòu)件應(yīng)按自動(dòng)或預(yù)定參數(shù)完成主振和附振，并在線或最終打印下述曲線：
— 振前a—n曲線；
— 振中a—t曲線（需要多階諧振時(shí)，應(yīng)打印出相應(yīng)數(shù)量的a—t曲線）；
— 振后a—n曲線。
對(duì)于剛度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊接構(gòu)件可考慮做多點(diǎn)多次振動(dòng)，但累積時(shí)間不得超過(guò)45分鐘。
振動(dòng)焊接技術(shù)可用于構(gòu)件的焊接修復(fù)，具體工藝應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件合理確定。
5.6 振動(dòng)時(shí)效的工藝文件
對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效時(shí)，應(yīng)由技術(shù)人員編制并下達(dá)相應(yīng)的振動(dòng)時(shí)效工藝卡。
操作人員在完成振動(dòng)時(shí)效操作后，應(yīng)及時(shí)填寫(xiě)相應(yīng)的操作記錄卡。
振動(dòng)時(shí)效工藝文件應(yīng)按有關(guān)規(guī)定管理、存檔。
6 振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)定方法
6.1 參數(shù)曲線觀測(cè)法
可根據(jù)振動(dòng)時(shí)效過(guò)程中實(shí)時(shí)打印的a—t曲線的變化及a—n曲線振動(dòng)前后的變化評(píng)估振動(dòng)時(shí)效的實(shí)際效果。
出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可判定振動(dòng)時(shí)效有效：
— a—t曲線上升后變平；
— a—t曲線上升后下降，最終變平；
— a—n曲線振后共振峰發(fā)生了單項(xiàng)特征或組合特征的變化（出現(xiàn)振幅升高、降低、左移、右移）；
— a—n曲線振后變得簡(jiǎn)潔而平滑；
— a—n曲線振后出現(xiàn)低幅振峰增值現(xiàn)象。
6.2 實(shí)測(cè)法
6.2.1 殘余應(yīng)力測(cè)試法
推薦使用盲孔松弛法，也可使用X射線衍射法或在條件許可時(shí)使用磁性法。
采用盲孔法測(cè)試時(shí)，測(cè)試點(diǎn)處材料厚度應(yīng)大于鉆孔直徑的4倍。
每個(gè)構(gòu)件可選擇2~3條主焊縫。每條主要焊縫的測(cè)試點(diǎn)不得少于3個(gè)。測(cè)試點(diǎn)應(yīng)布置在焊縫中心或焊縫根部。
用振前或振后的應(yīng)力平均值計(jì)算應(yīng)力降低率，降低率應(yīng)大于30%。
用振前和振后的最大與最小應(yīng)力差衡量應(yīng)力的均勻化程度，振動(dòng)后的計(jì)算值應(yīng)小于振動(dòng)前的計(jì)算值。最大及最小應(yīng)力一般應(yīng)以焊縫的主應(yīng)力或縱向應(yīng)力為準(zhǔn)。
6.2.2 尺寸精度穩(wěn)定性測(cè)試
以尺寸穩(wěn)定為主要目的而進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理的焊接構(gòu)件，振動(dòng)后應(yīng)進(jìn)行尺寸測(cè)試。尺寸測(cè)試具體方法如下：
— 振后尺寸測(cè)試；
— 加工后尺寸測(cè)試；
— 長(zhǎng)期放置，定期進(jìn)行尺寸測(cè)試。如放置15天后做第一次測(cè)試，放置30天后做二次測(cè)試，以后每30天測(cè)試一次，總放置時(shí)間在半年以上；
— 在動(dòng)載情況下測(cè)試（具體時(shí)間間隔參照上述款項(xiàng)）。
所有的測(cè)試結(jié)果應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足要求。
本標(biāo)準(zhǔn)系首次制訂。
本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。
本標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)起草單位：哈爾濱焊接研究所。
