振動時效工藝是機(jī)械制造過程中常用的一種消除殘余應(yīng)力方法，是通過振動使工件內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動應(yīng)力的矢量和達(dá)到超過材料屈服強(qiáng)度的時候，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。而本文主要是研究振動時效工藝在鋁合金箱形構(gòu)件上的應(yīng)用。

本次實驗選取3門鋁合金炮塔作對比試驗，其中1件采用熱時效，2件采用振動時效，對熱時效前、后，振動時效前、后進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，對比分析兩工藝效果。

試件分析

試件主體結(jié)構(gòu)主要由鋁合金平板拼焊而成，外形尺寸約為2452mm*1843mm*560mm，板材厚度有18、20、30、40、45mm等規(guī)格，材料為LC50，焊縫采用雙面焊，V型接頭焊縫為主，圍板部分共27條焊縫，焊縫坡口尺寸較大，*大寬度達(dá)到22mm以上，深度達(dá)到15mm以上，金屬填充量大，較長焊縫和橫向焊縫的應(yīng)力集中較大。

試驗步驟

1. 采用盲孔法測試分別測試A試件熱時效前殘余應(yīng)力，B、C試件振動時效前殘余應(yīng)力；

2. A采用熱時效消除焊接殘余應(yīng)力，B、C采用頻譜諧波振動時效消除焊接殘余應(yīng)力；

3. 采用盲孔法測試A試件熱時效后殘余應(yīng)力，測試B、C試件振動時效后殘余應(yīng)力；

4. 進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)對比分析。

振動時效工藝過程

試件支撐和激振器的裝夾

試件支撐時應(yīng)使激振力盡量被試件吸收而不至于被傳導(dǎo)至地面流失。原則上，支撐點越少越好，面積越小越好。實踐得出箱形構(gòu)件采用3點或4點支撐為較佳方式。試件支撐采用3個橡膠墊支撐，間隔約120°，激振器夾持于2點之間。

振動時效參數(shù)選擇

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JH-700智能頻譜交流振動時效設(shè)備，激振器采用高速變頻伺服電機(jī)，功率1.5KW，電壓220V，轉(zhuǎn)速1000r/min，偏心調(diào)整為160.

處理過程應(yīng)保證5個諧波頻率加速度有2個或2個以上在30-70m/s²之間。實際振動時轉(zhuǎn)速為4680，5100r/min時加速度值在30-70m/s²之間，5個頻率共處理40min。

殘余應(yīng)力檢測

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JH-30殘余應(yīng)力檢測儀，是盲孔法專用測試儀器，需搭配JHZK鉆孔裝置使用。測試時，用箔式應(yīng)變片粘貼在測試點的表面，在應(yīng)變片中心鉆一個小孔，使試件測試點處產(chǎn)生局部應(yīng)力釋放，應(yīng)變片感受出釋放應(yīng)變，儀器直接顯示出在孔深范圍內(nèi)的平均主應(yīng)力及相關(guān)參數(shù)。

試件為中軸對稱結(jié)構(gòu)，所有檢測點均布置在中軸線一側(cè)焊縫上。

檢測時，A進(jìn)行熱時效前和熱時效后1-4點為檢測；B進(jìn)行振動時效前和振動時效后1-4點為檢測；C進(jìn)行振動時效前和振動時效后1、3、5點為檢測（5點為3點對稱位置）。

殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)分析

1. 試件A為熱時效工藝，其中A-1點最小主應(yīng)力σ₂由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，A-2點主應(yīng)力σ₁時效前后變化不大，A-3點主應(yīng)力σ₂熱時效后由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，A-4點*大主應(yīng)力σ₁熱時效后增加較多。可以看出，熱時效對試件各條焊縫的影響各有不同，這是由于試件焊縫較多，受熱后應(yīng)力重新分布所致。

2. 試件B和C均采用振動時效處理，其中除B-1點變化不大，振動時效對試件應(yīng)力水平的均化效果比較明顯，尤其是對較長焊縫（B-3和C-3，C-5）的*大主應(yīng)力σ₁以及試件B和C的最小主應(yīng)力σ₂的降低效果明顯。

3. 試件A熱時效前*大主應(yīng)力σ₁位于-51.4-105.2MPa，應(yīng)力范圍為156.6MPa；熱時效后*大主應(yīng)力σ₁位于0.4-77.1MPa，應(yīng)力范圍為76.7MPa。試件B振動時效前*大主應(yīng)力σ₁位于-58.7-60.4MPa，應(yīng)力范圍為119.1MPa；振動時效后*大主應(yīng)力σ₁位于-1.9-67.7MPa，應(yīng)力范圍為69.6MPa。試件C振動時效前*大主應(yīng)力σ₁位于-8.4-75.6MPa，應(yīng)力范圍為84MPa；振動時效后*大主應(yīng)力σ₁位于9.8-35.2MPa，應(yīng)力范圍為25.4MPa。

4. 振動時效后*大主應(yīng)力σ₁平均值為28.8MPa，熱時效后*大主應(yīng)力σ₁平均值為31.2MPa。

5. 二者除個別情況有上升外，熱時效殘余應(yīng)力*對值下降同向比較位于60%-93.1%，振動時效殘余應(yīng)力*對值下降同向比較位于53.4%-96.7%；振動時效后*大主應(yīng)力σ₁分布在-1.9-67.7MPa和9.8-35.5MPa，而熱時效后*大應(yīng)力σ₁分布在0.4-77.1MPa。從這方面比較，振動時效工藝優(yōu)于熱時效工藝。

結(jié)論

1. 在鋁合金箱形焊接構(gòu)件上，振動時效工藝和熱時效消除殘余應(yīng)力效果相當(dāng)，平均下降率為53%以上，因此振動時效工藝可替代熱時效。

2. 振動時效工藝具有時間短、成本低、不受場地限制、不氧化工件等優(yōu)點，是一種成本低、效率高的時效處理方法；

應(yīng)用振動時效工藝，對于生產(chǎn)廠家降低生產(chǎn)成本、提高加工精度和生產(chǎn)效率具有重大意義，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。