振动时效工艺在自卸车车架上的应用

某厂家电动轮自卸车车架自投入运行以来，先后出现不同程度的开裂现象，经聚航科技对车架的应力测试分析，其主要原因之一是残余应力较大，这些焊接残余应力严重影响车架强度，特别是疲劳强度，严重影响车架正常使用寿命，因此消除车架焊接残余应力是提高车架质量的关键。

经过讨论研究后，决定采用振动时效工艺消除自卸车车架的焊接残余应力，并用盲孔法验证其振动时效效果。

自卸车车架情况

自卸车车架主要由两根纵梁、一根龙门梁、前梁、举升横梁、后横梁组成，其主要焊缝集中在两根纵梁及龙门梁上，尤其是两根纵梁，每根上面有四条长达10M，横面积170mm²的焊缝，这四条焊缝所形成的焊接残余应力，平均应力为320Mpa；当焊缝处在这样大的应力下，再加上车架是低合金高强钢，焊缝及近缝区淬硬倾向高，就形成了易产生焊接裂纹的条件缺陷，在车架投入恶劣的环境使用后，这些焊接条件缺陷得到扩展，使焊缝开裂。

为了避免焊接开裂，降低或均化车架纵梁上的焊接应力是关键因素之一，因此，我们选定车架纵梁做振动焊接试验件，同时选定车架总成做振动焊和振动时效试验件。采用JH-600A液晶交流振动时效设备。

车架纵梁振动焊接

振动焊接试验方法

用两根车架纵梁作为试验工件，其中一根纵梁进行常规预热焊接（预热温度不小于100℃）然后检测残余应力，检测出纵梁在常规焊接后的残余应力水平及分布状态。用另一根纵梁进行振动焊接，*层焊前预热温度小于50℃（为保证不产生焊接裂纹），第二层起不预热焊接至车架纵梁焊完，振动焊接后同样进行残余应力检测，将两组纵梁的应力水平进行对比。

振动焊接工艺参数选择

支撑方式：为使车架纵梁易于沿水平方向振动，经过现场对车架纵梁几次调整，采用三点支撑，在车架纵梁底部前、后两端处和纵梁中间举升横梁扇形板下各放一个橡胶软垫。

激振点的确定：根据结构形式确定车架纵梁后端处上部中点为激振点。

工艺参数：激振力按大共振峰为5-15m/s2调试，待车架纵梁振动平稳后，即开始焊接，且边振动边焊接，直到焊完为止；焊接规范按原文件不变。

车架总成振动焊接

支撑方式：为使车架易于沿水平方向振动，在车架总成焊接定位器底部采用四点支撑，并在车架纵梁后端两处和前梁两处焊夹夹持位置各放一个薄型橡胶软垫。

激振点和拾振器安装点确定：根据自卸车结构形式确定车架龙门梁侧边中点上，并使激振器平面与纵梁垂直。焊接后横梁与两纵梁连接处时分别在焊接位置对称的纵梁上固定拾振器；焊接举升横梁与纵梁连接处、两纵梁总成与小横梁连接处分别在焊接位置对称的纵梁上部固定拾振器。

工艺参数：激振力按大共振峰为≥2m/s²选择（激振力上限以焊工承受力为限），待车架总成振动平稳后，即开始焊接，且边振动边焊接，直到焊完为止；焊接规范工作文件，焊前预热温度为50℃。

车架总成振动时效处理

支撑方法确定

车架总成是一个比较复杂的焊接结构件，其支撑点难于选定，在现场对车架总成经几次调整，为使车架易于绕举升横梁扭振和使两纵梁沿水平方向扭振而采用四点支撑，在车架前保险杠底部挂钩处和两纵梁中间举升横梁牵引耳板下各放一根枕木形成稳定的两点支撑方式，再在前保险杠底部挂钩处和两纵梁中间举升横梁牵引耳板下各放一个橡胶软垫。

激振点的确定

根据结构形式确定为车架前保险杠中点为激振点。确定支撑点和激振点后按试验后制定的工艺参数（激振力按大共振峰为80-120s/m2的选择；车架总成振动时效过程自动完成）。所有振动前后残余应力数据及曲线变化率负荷JB5926《振动时效工艺参数选择及技术要求》的要求。

盲孔法测残余应力方法

在具有残余应力的构件上钻一个小孔（通常孔径为1.5-3.0mm，孔深1.5-3.0mm），产生局部应力释放。由贴在小孔周围的应变花感受出应变的变化，再由应变仪测试出来。在振动时效前先检测出构件的残余应力大小及方向，振动时效后，再次进行测量，然后对应力值进行分析比较，计算出振动时效前后焊接残余应力的相对变化值。

结论

通过采用对自卸车纵梁进行振动焊接、自卸车车架总成振动焊和振动时效处理后，经残余应力测试证实，振动焊接残余应力水平普遍降低，振动时效工艺对降低和均化自卸车车架焊接残余应力时有效的，工艺方法是可行的。