摘要：机械振动焊接是在焊接工件过程中给焊接工件施加周期性的激振力，使焊接的工件发生振动，降低焊接残余应力的一种新型焊接工艺。目前，该种焊接工艺在工程实践中得到了广泛的推广及应用。机械振动焊接工艺除了能够有效降低焊接时产生的残余应力，还能够对焊缝组织细化，提高焊缝的机械性能及焊接质量。
关键词：机械振动焊接 冲击功 焊接质量 影响
机械振动焊接所用的工时比传统的焊接工艺缩短了很多，有效提高了焊接生产效率。下文笔者通过机械振动焊接和埋弧自动焊接钢板对比实验方法，探讨机械振动焊接对焊接质量的影响。本文通过采用机械振动焊接和埋弧自动焊接钢板的对比实验方法，分析了机械振动焊接对焊接质量的影响。实验结果表明，机械振动焊接可有效提高焊缝以及热影响区试样的冲击功。
一、实验的方法
实验采用规格为500mm×150mm×16mm16MnR的两块钢板对接；经过组对后截面为N型坡口，坡口角度为70度，钝边为5mm。
实验时将其中的一组试板采用埋弧自动焊接，其他各组采用机械振动焊接。机械振动焊接前，应将振动设备振动频率档位归零，在确定试块固有频率后将振动设备的偏心块旋转固定在二档，在固有频率周边选取四组频率实施机械振动焊接。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然后再将机械振动设备的频率规定在固有频率，并依次将机械振动设备激振力选在其他档实施振动焊接，采用多个频率进行机械振动焊接试验，通过摆锤冲断试样后的回升高度和原先提升高度差，计算出破坏期间能量，也就是说实验变形所消耗的功，该种功我们通常称其为冲击功。固定激振力在二档，在改变振动设备振动频率后，对试样的平行焊缝分别去焊缝、热影响区式样。
二、实验结果
在不同参数条件下的实验结果是不相同的，同时，在规定激振力改变振动频率的振动焊接条件下的试样冲击功所提高的百分率也是不一样的。实验结果表明，实验的冲击功会随着振动频率提高而增加，频率越低，冲击功提高的百分率越小，频率越高，冲击功提高的百分率越大。此外，在固定振动频率，改变激振力振动焊接条件下，试样冲击功会随着激振力增大而增加，激振力越小，冲击功提高的百分率也越小。激振力越大，冲击功提高的百分率也越大。从上述中我们可归纳总结出：试样冲击功同振动频率、激振力（振幅）有密切关系。就本实验条件而言，振动频率越低，激振力越小，冲击功提升的百分率也就越低。
三、实验结果的分析和讨论
埋弧自动焊接法下的焊缝中存在表面细晶区、柱状晶区和等轴晶区三个不同晶体形态的区域。采用埋弧自动焊接法对工件进行焊接，焊接过程中输入大量的热，使柱状晶区域变大，枝晶也变得越来越发达。这些都需等到焊接热处理之后消除对柱状晶区的影响。所以，在焊接过程中，如果能够控制柱状晶的形成和生长，只需细化焊缝组织就可有效提高焊接缝的韧度和强度，并且不需要对焊缝进行热处理，对缩短工期，降低工程成本投入意义重大。从凝固理论角度分析，金属在凝固时，单位体积内的晶粒数量同生长速度和形核率两个因素相关。所以，我们这里说的细化焊缝组织，也就是控制生长速度和形核率。就埋弧自动焊接而言，一般是通过增加过冷度来提高其生长速度。
采用机械振动焊接时，基于振动对熔池具有一定的搅拌作用，使得熔池散热加快，从而有效提高焊缝金属凝固时的冷却速度和生长速度，对细化焊缝组织有利。振动焊接细化晶粒的主要方式是增加形核率。机械振动加速结晶过程中液体运动，进而提高形核率，即动态晶粒细化。金属材料中含有的非金属夹杂物等第二相质点的存在对焊接缝的脆性有巨大影响，影响程度同第二相质点的大小、分布有关。不管是第二相分布于晶界上，还是独立在基体中，其夹杂物尺寸越大，材料的韧性越差，冲击功越小。如能减少焊缝中夹杂物的数量和夹杂物尺寸，可有效提高机械振动冲击功。通常情况下，夹杂在焊缝中的非金属物质都是在焊接后冷却过程中产生的。这些物质基本上都是氧化物，氧化物形核后，不断生长。熔池金属施加机械振动后，使熔池金属对流速度加快，使较大夹杂物碰撞吞噬较小的夹杂物，进而形成较大夹杂物概率增加。由于夹杂物的密度低于液态金属密度，夹杂物会上浮到液态金属表面，成为熔渣被去除掉。对于夹杂物，其半径越大，上浮的速度也越快，半径越小，上浮速度越慢。夹杂物的上浮同夹杂物半径有直接性联系。此外，机械振动作用于熔池，在搅拌作用下使焊缝金属粘度系数减小，同样也有利于比较大的夹杂物上浮除掉。
从上述分析我们可以得知，机械振动使氧化物夹杂的形核率增加，加剧了较大的夹杂物吞噬较小的夹杂物，成为较大夹杂物，提高了其浮到熔渣中的概率。此外，机械振动焊接不仅具有消除柱状晶、细化等轴晶、减少夹杂物数量和缩小尺寸功能性，还能有效避免或者减少偏析，利于气体排出，对提高焊接接头金属性能有着重要影响。
四、结语
机械振动焊接工艺除了能够有效降低焊接时产生的残余应力，并且还能够对焊缝组织细化，提高焊缝的机械性能及焊接质量。该种焊接所用的工时比传统的焊接工艺缩短了很多，有效提高了焊接生产效率和质量。
参考文献
[1]张德芬，宋天民，陈孝文，等.机械振动焊接对残余应力的影响及机理分析[J].抚顺石油学院学报，2011，21（01）：53-56.
论文作者:史志永
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/12
标签：机械论文; 频率论文; 柱状论文; 熔池论文; 试样论文; 百分率论文; 速度论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;