焊接構(gòu)件振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求 JB/T 10375-2002
1 范圍
本標(biāo)準規(guī)定了焊接構(gòu)件振動時效工藝參數(shù)選擇、技術(shù)要求和振動時效效果的評定方法。
本標(biāo)準適用于碳素結(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)件的振動時效處理。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過本標(biāo)準的引用而成為本標(biāo)準的條款。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，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準達成協(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。
JB/T5925.2 機械式振動時效裝置技術(shù)條件
3 術(shù)語、符號
3.1 激振點（exciting point）
振動時效時給構(gòu)件的施力點稱為激振點。
3.2 支撐點（support point）
為了對構(gòu)件進行振動時效而選擇的支持構(gòu)件的位置。
3.3 動應(yīng)力（dynamic stress）
激振力引起構(gòu)件諧振響應(yīng)時，在其內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力稱為動應(yīng)力。矢量，符號為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，構(gòu)件的振幅急劇增大的現(xiàn)象為共振。共振時，構(gòu)件表面上所有質(zhì)點振動的包絡(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（節(jié)線）（node, node line）
振動時效時，構(gòu)件振幅最小處稱為節(jié)點（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、位移幅大的頻率稱為主頻率f1，其余則為附頻率fx。符號為f1、f2…，單位為Hz；或符號為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)大的過程，稱為掃頻。隨著頻率的變化，構(gòu)件振動響應(yīng)發(fā)生變化，反映振動響應(yīng)與頻率之間的關(guān)系曲線稱為掃頻曲線。如A—f稱為振幅—頻率曲線，a—f稱為加速度—頻率曲線；而振動時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表示電機轉(zhuǎn)速。
3.8 時效曲線（aging curve）
在確定的振動頻率和激振力下，對構(gòu)件進行振動處理所得到的加速度—時間曲線。其標(biāo)記為a—t，t表示時間。
3.9 振動焊接（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，進行焊接的工藝操作過程。
3.10 頻率分析（frequency analysis）
用激振器對工作做間隙式施振，獲取工件頻率分布的過程。
4 振動時效裝置的選擇
進行焊接構(gòu)件的振動時效處理時，所使用的振動時效裝置應(yīng)滿足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以內(nèi)；
— 可以在線或最終繪出完整而細密的掃頻曲線以及多條加速度時間曲線；
— 加速度測量系統(tǒng)可以是振動時效裝置的附屬部分，也可以是一個單獨的測量儀。
5 工藝參數(shù)選擇及技術(shù)要求
5.1 參數(shù)確定準則
一般情況下，振動參數(shù)應(yīng)在針對具體焊接構(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。
對重大、關(guān)鍵構(gòu)件，可做實際邊界條件下的動應(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、激振點和拾振點的位置。
5.2 直接振動
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。
5.2.1 構(gòu)件的支撐
對于可以直接振動的構(gòu)件，可根據(jù)分析、判斷的振型，在節(jié)點處放置彈性支撐。支撐點可為二點、三點或四點。
特殊構(gòu)件的支撐應(yīng)以平穩(wěn)為準。
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)與振動方向一致。
5.3 非直接振動
對于無法直接振動的構(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
懸臂振動是將構(gòu)件的一端剛性固定，激振器設(shè)置在另一端所進行的振動處理方法。
5.3.2 串聯(lián)振動
串聯(lián)振動是將兩個或多個構(gòu)件沿長度方向剛性連接，組成一個新的振動系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)進行振動處理。支撐點、激振器及拾振器的設(shè)置與直接振動時相同。
5.3.3 組合振動
組合振動是將多個構(gòu)件裝卡在振動平臺上，按平臺的振型確定支撐、激振和拾振。
5.4 構(gòu)件的試振
5.4.1 通則
對其他材質(zhì)焊接構(gòu)件進行振動時效時，應(yīng)首先進行類似材料及工藝的評定。
缺陷超標(biāo)的構(gòu)件及焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的構(gòu)件不允許進行振動時效處理。
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)滿足保證構(gòu)件產(chǎn)生合適振幅且裝置輸出載荷不超過額定載荷的70%。
5.4.3 動應(yīng)力方向
進行振動時效時，動應(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)選擇其振動峰峰值1/3~2/3處對應(yīng)的頻率開始振動工件。
全程掃頻時，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、激振點和拾振點。
采用頻率分析方法時，可用激振器對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，進行自動優(yōu)化選擇最佳頻率組。
5.4.5 動應(yīng)力的確定
動應(yīng)力幅值應(yīng)達到構(gòu)件工作應(yīng)力的1/3~2/3。
動應(yīng)力可按下式估算：
（σb-σs）/3≤σ≤σd/3式中：
σd為動應(yīng)力幅值；
σs為材料的屈服強度；
σb為材料的抗拉強度。
動應(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，動應(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，動應(yīng)力可取下限值（σb-σs）/3。
5.4.6 振動時間的確定
一般情況下，焊接構(gòu)件的振動時效由如下三個階段組成：
— 開始階段（開始振動的約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)力基本上沒有變化。
根據(jù)焊接構(gòu)件振動時效的規(guī)律及特點，振動時效的時間一般控制在10~45分鐘為宜。對于剛度較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的構(gòu)件而言，其振動時效所需的時間相對較長。
5.5 構(gòu)件的振動時效
需要進行振動時效的構(gòu)件應(yīng)按自動或預(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，應(yīng)打印出相應(yīng)數(shù)量的a—t曲線）；
— 振后a—n曲線。
對于剛度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊接構(gòu)件可考慮做多點多次振動，但累積時間不得超過45分鐘。
振動焊接技術(shù)可用于構(gòu)件的焊接修復(fù)，具體工藝應(yīng)結(jié)合實際條件合理確定。
5.6 振動時效的工藝文件
對焊接構(gòu)件進行振動時效時，應(yīng)由技術(shù)人員編制并下達相應(yīng)的振動時效工藝卡。
操作人員在完成振動時效操作后，應(yīng)及時填寫相應(yīng)的操作記錄卡。
振動時效工藝文件應(yīng)按有關(guān)規(guī)定管理、存檔。
6 振動時效效果評定方法
6.1 參數(shù)曲線觀測法
可根據(jù)振動時效過程中實時打印的a—t曲線的變化及a—n曲線振動前后的變化評估振動時效的實際效果。
出現(xiàn)下列情況之一時，即可判定振動時效有效：
— 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 實測法
6.2.1 殘余應(yīng)力測試法
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使用磁性法。
采用盲孔法測試時，測試點處材料厚度應(yīng)大于鉆孔直徑的4倍。
每個構(gòu)件可選擇2~3條主焊縫。每條主要焊縫的測試點不得少于3個。測試點應(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，振動后的計算值應(yīng)小于振動前的計算值。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。
6.2.2 尺寸精度穩(wěn)定性測試
以尺寸穩(wěn)定為主要目的而進行振動時效處理的焊接構(gòu)件，振動后應(yīng)進行尺寸測試。尺寸測試具體方法如下：
— 振后尺寸測試；
— 加工后尺寸測試；
— 長期放置，定期進行尺寸測試。如放置15天后做第一次測試，放置30天后做二次測試，以后每30天測試一次，總放置時間在半年以上；
— 在動載情況下測試（具體時間間隔參照上述款項）。
所有的測試結(jié)果應(yīng)當(dāng)滿足要求。
本標(biāo)準系首次制訂。
本標(biāo)準由全國焊接標(biāo)準化技術(shù)委員會提出并歸口。
本標(biāo)準負責(zé)起草單位：哈爾濱焊接研究所。