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某工程部分節(jié)點(diǎn)是多根桿件焊接相連，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自重約100kg，采用壁厚約10mmQ345B鋼板拼焊而成，內(nèi)有筋板加固，整體構(gòu)件體積小，剛度大。其中節(jié)點(diǎn)牛腿內(nèi)翼板與中間板采用全熔透焊縫，節(jié)點(diǎn)牛腿的主焊縫采用部分熔透焊縫，節(jié)點(diǎn)中間勁板與外翼緣板的焊縫及中間勁板與牛腿腹板的焊縫采用部分熔透焊縫，因此在節(jié)點(diǎn)部位存在焊接殘余應(yīng)力。本文采用盲孔法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，同時(shí)采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除節(jié)點(diǎn)殘余應(yīng)力，研究振動(dòng)時(shí)效工藝的有效性。

盲孔法殘余應(yīng)力檢測(cè)步驟

盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力分兩步，*一步進(jìn)行釋放系數(shù)的標(biāo)定，第二部進(jìn)行構(gòu)件殘余應(yīng)力檢測(cè)。本次儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組合而成，軟件式操作，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)保存。

釋放系數(shù)的標(biāo)定

1. 將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)位置，連接應(yīng)變儀，將試件裝在材料試驗(yàn)機(jī)中并進(jìn)行調(diào)整，施加初載P0，加載到P，讀取各應(yīng)變讀數(shù)，重復(fù)加卸載三次，取平均值得鉆孔前ε₁、ε₂、ε₃。

2. 從試驗(yàn)機(jī)上卸下試件，鉆孔。

3. 將鉆孔后試件重新裝到試驗(yàn)機(jī)上，施加初載P0，加載到P，讀數(shù)，重復(fù)三次，取平均值得鉆孔后得ε₁、ε₂、ε₃。

4. 計(jì)算出釋放系數(shù)值A=0.4443με/MPa，B=0.3271με/MPa。

殘余應(yīng)力檢測(cè)

在測(cè)得釋放系數(shù)后即可進(jìn)行構(gòu)件殘余應(yīng)力檢測(cè)，根據(jù)構(gòu)件焊縫分布情況布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)主要布置在焊縫位置以及焊縫熱影響區(qū)，每個(gè)相似點(diǎn)布置兩個(gè)應(yīng)變片，振前鉆孔測(cè)試一點(diǎn)，振后再鉆孔測(cè)試一點(diǎn)。本次實(shí)驗(yàn)僅對(duì)1號(hào)和2號(hào)桿件與節(jié)點(diǎn)相連區(qū)域的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，共有9個(gè)測(cè)點(diǎn)。

振動(dòng)時(shí)效工藝

本次實(shí)驗(yàn)采用了振動(dòng)平臺(tái)處理的方法，平臺(tái)尺寸為800*800mm。設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JH-700A振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，采用高速變頻伺服電機(jī)，激振力大，效果好。

由于節(jié)點(diǎn)形狀復(fù)雜，此次試驗(yàn)根據(jù)激振器在平臺(tái)上的裝夾位置分兩次振動(dòng)進(jìn)行，*一次振動(dòng)進(jìn)行了15min。平臺(tái)由四個(gè)專(zhuān)用橡膠墊沿四邊居中四點(diǎn)支撐，橡膠墊的所產(chǎn)生彈性懸浮和儲(chǔ)能效應(yīng)，保證了構(gòu)件共振和亞共振的形成?？杀ＷC振動(dòng)工藝的執(zhí)行。采用1%的偏心距，找到共振點(diǎn)后振動(dòng)15min。第二次振動(dòng)是為了使節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生不同的振型，調(diào)整激振器位置，其他保持不變。找到共振點(diǎn)后振動(dòng)10min。這2次振動(dòng)，在工藝后期都出現(xiàn)比較明顯的振幅上升，或下降的現(xiàn)象，按GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行效果評(píng)估，表明振動(dòng)時(shí)效工藝是有效的。

殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果分析

表1給出了振動(dòng)前后1、2桿件與節(jié)點(diǎn)板焊接位置的殘余應(yīng)力。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，在焊縫位置殘余應(yīng)力*大，其次是靠近焊縫位置的熱影響區(qū)，*大殘余應(yīng)力為453.7MPa，其中2號(hào)桿件與節(jié)點(diǎn)焊接位置的殘余應(yīng)力小于1號(hào)桿件與節(jié)點(diǎn)焊接位置的殘余應(yīng)力。從表中振前和振后殘余應(yīng)力比較可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2的*一主應(yīng)力在振前和振后發(fā)生了變號(hào)現(xiàn)象，而且*一主應(yīng)力的*對(duì)值有所增加，其余測(cè)點(diǎn)則大多表現(xiàn)為振前和振后主應(yīng)力同號(hào)，且應(yīng)力的*對(duì)值大幅下降，從表中可以看出，消除應(yīng)力效果比較明顯，平均可消除40%以上的殘余應(yīng)力，部分位置可消除50%的殘余應(yīng)力。振動(dòng)后*大與最小殘余應(yīng)力的差值小于振動(dòng)前的差值。從以上兩點(diǎn)，根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)可以判定此次振動(dòng)時(shí)效工藝是有效的。

結(jié)論

1. 本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于多次焊接的結(jié)構(gòu)，焊接殘余應(yīng)力不容忽視，焊縫和焊縫熱影響區(qū)部位的殘余應(yīng)力甚至超過(guò)了鋼材的屈服強(qiáng)度，因此對(duì)于復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，有必要進(jìn)行殘余應(yīng)力的分析，以此來(lái)評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力性能；

2. 盲孔法進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力檢測(cè)，孔之間的位置以及孔的深度對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，本次試驗(yàn)中部分殘余應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋼材的抗拉強(qiáng)度，主要由于鉆孔時(shí)孔邊必然形成應(yīng)力集中，孔邊將進(jìn)入局部塑性，應(yīng)力重新分布，應(yīng)變片感受的釋放應(yīng)變將不同于彈性情況，包含有塑形應(yīng)變，使測(cè)量的釋放應(yīng)變偏大，因此測(cè)量的應(yīng)力結(jié)果總是偏高。

3. 振動(dòng)時(shí)效工藝是一種操作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，本次實(shí)驗(yàn)表明振動(dòng)前后大部分殘余應(yīng)力得以消除，實(shí)際工程中可以采用該種方式進(jìn)行殘余應(yīng)力消除。