大刚度大型焊接件振动时效的研究

宋天民陈宝忠夏成林

抚顺石油学院

一、问题的提出得

有些刚度很大的大型焊件，固有频率很高，超出了振动电机的转速(10000r/min)范围，因此，采用常规的直接振动方法不能“起振”，即低档扫频时

在一万转/分范围内没有峰值，加速度一频率曲线(也称幅频曲线)通常与斜率比较小的上升直线相似，如图1所示。对于这一类构件能否应用振动时效

设备进行振动处理？如何进行振动处理？振动过程中会出现一些什么现象？能否探索出一些规律等等，这些问题的研究，直接关系到能否拓宽振动时

效的应用范围，也将有助于振动时效机理的深入探讨。尽管我们也深知，目前在国内即使可直接应用振动时效处理的一些构件，由于各种原因尚未得

到处理，振动时效的应用还没有普及，这一课题就振动时效应用的现状看提前量似乎大了一些，但我们科研组认为这一课题的研究还是带有方向性，

是今后一个时期内会逐渐引起人们重视的一个题目，这一课题的研究对深入探讨振动时效的机理，无疑是一个补充。

二、实验过程

大刚度大型焊件应用振动时效处理遇到的第一个问题是能否“起振”，即设法降低构件的固有频率，使之在振动电机转速范围内。应该说这个问题是

可以解决的。

通过实验研究，可采用一个“附加梁”，把“附加梁刚性固定在构件上，只要“附加梁”具有足够长度，并且其刚度与构件刚度相“匹配”，把振动

电机夹固在“附加梁”上(如图2所示)，就可有效的降低构件的固有频率，使构件(包括“附加梁”)的固有频率在振动电机的转速范围内。图3为构件

加“附加梁”后，低档扫频的加速度一频率曲线。从图3中我们可以看到，构件加“附加梁”后的固有频率在10000r/min范围内有几个峰值点。各峰

值点所对应的频率是8850r/min、9650r/min等，这是应用振动时效设备进行振动处理的必要条件。

在实验过程中，我们把加速度计分别夹固在构件上的不同部位，所得到的加速度频率曲线都是相似的。可见，振动产生的加载机械波在构件内的传播

是无处不在的区别仅在于对于构件不同点处，由振动产生的加速度大小各不相同。对于刚度很大型焊件来说，只要选择合适的“附加梁”，都可达到

这种效果。

对大刚度大型焊件进行振动研究的第二个问题是，如果直接振动会出现什么现象？有没有什么规律性？我们以DMB=170S型电机底座为例进行了振动试

验，我们选在9500/min频率上，采用四档振动，结果发现，振后加速度-频率曲线的峰值点已进入到10000r/min范围内，而且分别在6500r/min、

7880r/min、9900r/min等出现了多个峰值点，如图4所示。这就使我们有可能在峰值点所对应的频率上振动。

它给了我们一个启示，为什么振前在10000r/min范围内没有一个峰值点，振后出现这么多峰值点？为什么振后峰值点左移这么多？能否得出这样的结

论;构件刚性愈大，振动后峰值点左移愈大？为此，我们又连续采用不同刚度的构件进行振动实验，观察振动后它们的加速度一频率曲线峰值点左移

的大小。实验结果表明，一般说来，构件刚性愈大，焊缝分布愈广，振动后峰值点左移愈大。

对大刚度大型焊件进行振动研究的第三个问题是，振动后的效果能否保持住？能保持多长时间？

我们仍以DAB-170S型电机底座为例，振动后放置一段时间，结果发现，再用低档扫频时，加速度一频率曲线又恢复到振前的情况，我们称之为“复

辟”。于是，我们围绕这种复辟现象进行了多次实验，发现这种复辟现象不是偶然的。每次振动后，只要放置一段时间，低档扫频加速度—频率曲线

都将恢复到原来的状态。如何解释这种复辟现象呢？我们认为，对这种大刚度大型焊件来说，由于构件六个面都是焊接而成不仅构件刚度大，而且焊

缝分布也很广，振动时确实使构件刚性减小，固有频率降低但起主导作用的不是塑性变形，而是弹性变形。尽管可能在构件的某些局部发生了微观塑

性变形，但对整体构件来说，起主导作用的是弹性恢复。固有频率的降低是一种暂时现象，是一种假像。其本质原因在于振动时施加的动载荷(对应

力)不足，这就出现了我们常说的“没振透”，“没振熟”。

三、结论与研究方向

通过一年来对大刚度大型焊件的振动研究，我们得出如下几点结论：

1.对大刚度大型焊件来说，若构件固有频率很高，超出了振动设备所能提供的振动范围，可采用一个具有足够长度、并且与构件刚度相匹配的附加

梁，即可达到“起振”的目的。

2.对大刚度大型焊件来说，构件刚性愈大，焊缝分布愈广，振动后加速度一频率曲线峰值点左移就愈大。

3.对大刚度大型焊件来说，振动过程中由于动载荷不足，会产生一种假像，即振动后当时扫频的加速度一频率曲线会出现峰值，振后搁置一段时间

再扫频的加速度一频率曲线会恢复到振前状态。这提醒我们，在振动时单凭快速监测速度一频率曲线峰值点是否左移来判断振动有效，有时会产生一

种假像，对大刚度大型焊件振动时，这个问题更是值得注意的。

当前，对大刚度大型焊件应用振动时效处理所面临的最大障碍是如何加载，使动载荷（动应力）达到足够值。这个问题如果能得到解决，就将拓宽振动时效的应用范围，就将推动振动时效应用更快的发展。