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動臂是由橫梁和動臂板等零部件焊接而成，焊接過程中會產生大量的殘余應力。而殘余應力會降低結構件疲勞強度，產生應力腐蝕，失去尺寸精度。本次實驗主要是通過振動時效工藝消除動臂焊接殘余應力，從而提高結構件的質量及壽命。并采用盲孔法檢測振前、振后殘余應力數(shù)值，對比分析殘余應力分布驗證振動時效去應力效果。

動臂結構及工藝介紹

該結構主要由動臂橫梁與動臂板等零部件焊接組成，由于較高的焊接熱輸入，橫梁與動臂板間的主焊縫發(fā)生焊接變形。為控制焊接變形在機加工余量范圍內，在動臂焊縫冷卻后需對動臂的關鍵開檔尺寸進行矯正。

動臂制造的原主要工藝流程為：總拼——焊接——矯正——機加——檢測——拋丸——油漆——檢測。

采用振動時效后的制造工藝流程為：總拼——焊接——矯正——檢測1——振動時效——檢測2——機加——檢測3——拋丸——油漆——檢測4。

檢測主要關注時效前后尺寸穩(wěn)定性變化以及對比時效處理前后焊接殘余應力的變化；為減少測量誤差，將*一次檢測點進行標示，后續(xù)測量均與*一次測量點位置盡量一致。

設備要求與應用

1.JH-300A全功能頻譜振動時效設備一套。里面有振動時效專用夾具、橡膠墊、激振器等配套設施。

2.JHMK多通道殘余應力檢測儀，由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK鉆孔裝置組成。儀器軟件式操作，自動實時計算殘余應力、實時保存。

盲孔法殘余應力檢測技術要求如下：

1. 被測表面的處理應滿足應變測量的技術要求，用膠水將直角應變片準確地粘貼在測點位置上，并用膠帶覆蓋好絲柵，防止鐵屑破壞絲柵。

2. 在鉆孔時，要保證鉆桿與測量表面垂直，鉆孔中心偏差應控制在±0.025mm以內。

3. 鉆孔時要穩(wěn)，機座不能晃動。鉆孔速度要均勻且較低，鉆孔速度快易導致應變片的溫度漂移，孔周切削應變增大使測量不穩(wěn)定。

4. 建議鉆孔深度應為（1.0-1.2）D，本試驗鉆孔直徑D：（Φ1.0±0.015）mm，深度為（1.5±0.05）mm。

工藝參數(shù)選擇

根據(jù)動臂結構特點調節(jié)偏心距與激振位置。將激振器調整到工件剛性較大且振幅較大處、且使其旋轉軸與振型有效區(qū)所在平面平行。經(jīng)試驗探索，用手觸摸工件對比激振點在不同位置時橫梁焊縫處、動臂板端部的振幅，最終激振點選擇在動臂橫梁裝配孔處，關注區(qū)域振幅*大。

從0%偏心距開始，以10%為間隔、依次由小到大，每次進行全程掃頻，當工件出現(xiàn)明顯的共振時，停止調整偏心距，最終確定偏心距為35%至40%，電機轉速在5175r/min至5587r/min范圍內，關注區(qū)域動臂橫梁焊縫處振幅*大。

應力檢測分析

采用盲孔法檢測振動時效前后殘余應力的變化，忽略動臂板與橫梁主焊縫的焊接接頭位置，每條主焊縫分為6個區(qū)域，分別用A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L來表示。鉆孔前將各區(qū)域打磨平整、干凈，去除焊渣、飛濺、鐵銹等雜質，以利于應變花粘貼及控制鉆孔深度、精度。選擇盲孔法測試應力的專用應變花，該應變花包含3個應變計，按0°、45°、90°方向分布。應變片敏感柵的中心距孔中心為2.65mm，應變片絲柵內徑為2.5mm。

時效前后應力對比

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，振動時效工藝確實可以降低焊接殘余應力，按照GB/T25713-2010《振動時效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法》判定要求，本次工藝試驗應力消除率為45.2%＞30%，符合相關標準要求，也滿足企業(yè)相應處理的效果要求，故該振動時效去應力工藝可在企業(yè)進行推廣應用。

應力釋放對尺寸的影響分析

考慮到檢測殘余應力需輕微破壞、時間長等因素，除了直接檢測殘余應力來衡量振動時效效果外，還可以對動臂時效前后關鍵尺寸的變化進行分析、判斷來衡量振動時效去應力效果，利用企業(yè)生產中現(xiàn)有的檢測手段即雙懸臂式三坐標對相同試驗條件下的時效處理前后4臺動臂進行了測量。從測量數(shù)據(jù)可以看出：時效處理后，由于應力釋放所引起的動臂的關鍵尺寸變形量基本都在設計公差范圍內。

結論

通過該工藝試驗研究表明，振動時效這種工藝方法可以降低焊接殘余應力，也解決了工程機械大型焊接結構件焊后不能直接熱處理來消除應力的工藝問題；同時也解決了傳統(tǒng)時效處理耗能高、污染環(huán)境，部件經(jīng)過熱時效后變形大、校正困難、成本高等難題，是一個值得推廣應用消除應力的新工藝方法。