【行业标准】 振动焊接工艺参数选择及技术要求

ICS25.160.01
备案号：33617—2011
中华人民共和国机械行业标准
JB/T11085—2011
振动焊接工艺参数选择及技术要求Parameter selection and specification in vibratory welding2011-08-15发布
2011-11-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言
规范性引用文件
3术语和定义.
4振动源与检测装置的选择
系统的抗干扰性能.
部件的耐冲击性能
振动源的调幅、稳幅性能..
熔池振动传感器的可靠性，
系统电气的技术要求
体化系统的技术要求.
5工艺参数选择.
5.1试振及振动参数的确定..
独立构件振动与非独立构件振动.5.3应用振动台的振动焊接...
6振动焊接效果与评定，
6.1参数曲线观测
6.2振动焊接工艺有效性评定
7振动焊接工艺文件.
附录A（资料性附录）振动焊接工艺应用说明A.1其他类型焊接结构的振动焊接..A.2对裂纹敏感性较强接头结构的使用A.3
从结构安全性考虑的工艺限制..振动焊接与其他工艺的组合：
构件的变形控制.
振动焊接工艺的对比试验与评定.振动频率范围的确定
熔池振幅的测量
典型接头结构示意图..
振动控制频率选择示意图..
熔池振动传感器与振动控制传感器布置示意图JB/T11085—2011
图A.4熔池振动传感器与振动控制传感器相关性试验和振动焊接工艺曲线示意图.TTKAN KACa
JB/T11085—2011
本标准的附录A为资料性附录。
本标准由中国机械工业联合会提出。前言
本标准由全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）归口。本标准起草单位：上海交通大学、上海宝冶建设有限公司、宝山钢股份有限公司。本标准主要起草人：陈立功、徐济进、曲金光、卢立香、屈朝霞、饶德林、余春。本标准为首次发布。
TTKANrKAca
1范围
振动焊接工艺参数选择及技术要求JB/T11085—2011
本标准规定了结构钢振动焊接术语和定义、振动源和检验装置的选择、工艺参数选择、振动焊接效果与评定、振动焊接工艺文件。本标准适用手钢结构件的振动焊接2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准送成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。JB/T5925（所有部分）机械式振动时效装置JB/T10375焊接构件振动时效工艺参数选择及技术要求3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准，3.1
振动焊接vibratorywelding
在焊接过程中，对构件注入振动外场，以提高焊接接头品质的焊接工艺。3.2
激振器exciter
形成振动外场的振动器：对质量偏心旋转式激振器，其输出参数包括功率（单位为W）、偏心距（%）与转速（单位为r/min）；对质量块往复式激振器，其输出参数包括功率（单位为W）、质量块质量（单位为kg）、振动频率（单位为Hz）和质量块行程（单位为mm）。3.3
熔池振幅与熔池振动传感器poolvibrationamplitude&poolvibrationsensor熔池振动传感器是设在熔池周边，能在焊接过程连续有效工作10s以上的专用加速度传感器。振动焊接的熔池振幅：2个跨焊缝放置的传感器所测得的振动加速度平均值，单位为m/s：这2个传感器放在一个以焊缝为纵轴，横边不大于300mm、纵边不大于400mm矩形对顶角上：该矩形纵边的最大长度应保证在相同振动控制条件下，单个熔池传感器测得的振幅与期望振幅的偏差不大于±15%。
振动控制传感器vibrationcontrolsensor远离焊缝和激振器，固定在能敏感反映整个焊接过程振动的位置，在整个施焊时间内能不受焊接干扰，用于振动参数监控的振动加速度传感器。3.5
振动控制传感器与熔池振动传感器的相关性correlationbetweenvibrationcontrolsensorandpool vibration sensor
以保证熔池获得稳定的期望振幅为目标，通过试振时的同步对比测量，建立振动控制传感器与熔池振动传感器对应关系（表或曲线）；其与焊接时序组合形成焊接过程的振动控制方案。HTKAONTKACa
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支撑点supportpoint
能避开焊缝高温，保证被焊构件稳定放置且有利进行振动的多个弹性支点。3.7
激振点excitingpoint
能避开焊缝高温，结合支撑点布置能形成有效振动的激振器固定位置。3.8
振型vibrationmode
共振时，构件表面上所有质点振动的包络线（面），即为振型，包括弯曲、扭转、扭曲、钟振型和鼓振型。
振动焊接工艺曲线vibratoryweldingprocesscurve在构件进行振动焊接时，由控制传感器实测所得到的加速度-时间曲线，即α。-t曲线。以及通过振动控制传感器与熔池振动传感器的相关性换算所得的熔池振幅-时间曲线，即αp-t曲线。4振动源与检测装置的选择
振动源与检测装置是构成振动焊接的附加系统，应符合下列技术要求。4.1系统的抗干扰性能
该系统应有良好的抗电弧干扰能力，能在高频引弧条件下正常工作。同时，系统工作时也不会造成对焊接设备的干扰。
4.2部件的耐冲击性能
激振器和振动传感器有良好的耐冲击性能，随机抽样的激振器能承受3次0.3m高度对钢板地面的自由落体冲击：随机抽样的振动传感器能承受10次0.5m高度对钢板地面的自由落体冲击：冲击后，其内部结构及使用性能保持正常。4.3振动源的调幅、稳幅性能
振动源应保证在焊接区域形成稳幅精度在土15%以内、振动加速度平均值为（2～20）m/s且连续可调的振动。
4.4熔池振动传感器的可靠性
熔池振动传感器能避免焊接干扰，实现有效测量，且在10s时间内不因电弧的电位、光、热、电磁辐射以及飞溅而损坏。
4.5系统电气的技术要求
振动传感器与测量电路的综合误差应小于2.5%。在工作频率范围的增益稳定性应小于土1.5dB。测量系统应具有振幅的平均值、有效值与最大值以及频率（或转速）的实时显示功能4.6一体化系统的技术要求
作为一体化的振动焊接装置应具有振动输出与振动测量的闭环控制，振幅欠载、过载限设定及欠载、过载报警功能，具有振动焊接工艺a-t曲线记录、保存与输出功能，4.7其他
以上技术要求仅适合采用质量偏心旋转方式进行振动焊接的装置。其他方式的振动装置，例如对振动焊接构件采用质量往复振动方式、连续冲击方式和机械注波方式等，可参考本规定。对振动源与检测装置的其他要求按JB/T5925的规定。5工艺参数选择
5.1试振及振动参数的确定
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通过试振，建立合适的支撑点、激振点、控制传感器测点布置。通过激振器的参数调节，使熔池振幅调节带落在有效的频-幅曲线缓升区范围内。通过多次扫频试验，建立整个施焊过程的控制传感器与熔池振动传感器相关性，形成焊接过程的振动控制方案。5.2独立构件振动与非独立构件振动激振器固定在构件上，在激振装置的功率和频率范围内，如能激起响应，即可进行独立构件的振动焊接。对固有频率较高的构件，当无法采用独立构件振动时，可采取降频措施的非独立构件振动。主要的降频措施包括悬臂、串联、组合振动等方法。具体方法按JB/T10375的规定。5.3应用振动台的振动焊接免费标准bzxz.net
将一个或多个构件装卡在振动平台上，对需环焊的旋转件则可放在带滚轮架功能的振动平台上，进行振动焊接。
6振动焊接效果与评定
6.1参数曲线观测
可根据振动焊接过程按每分钟1次的时间间隔进行抽样记录或实时打印的ac-t曲线，如果统计数据以85%以上的概率，落在设定的振幅15%的误差带内，则可确认振动外场工艺在控。工艺在控不代表工艺有效，但工艺在控是形成有效工艺的必要条件。6.2振动焊接工艺有效性评定
对于相同构件，在相同的焊接参数和拘束条件下，对采用振动焊接与不采用振动焊接的接头进行试验比较，在保证接头合格且品质相当的同时，若前者比后者可达到下列判据中的一条或多条，则可判工艺有效：
a）无损检测评定：缺陷率降低。b）焊接变形评定：进行不少于5处的有代表性的焊接变形测量，焊接变形下降率≥15%。c）接头力学性能评定：断面收缩率和伸长率有所提高，侧弯性能有所提高，焊缝区的冲击韧性有所提高。
d）金相组织评定：焊缝及热影响区粗晶区组织有明显的晶粒细化现象。e）残余应力评定：推荐使用盲孔松弛法，也可使用X射线衍射法或磁性法进行残余应力测量。每个构件可选择2条～3条主要焊缝，每条焊缝的测试点不少于3个。测试点应布置在最后焊道的焊缝中心或熔合线上，测定最大主应力或纵向应力。残余应力平均值下降率应大于或等于20%。
f）由双方协商或用户认可的性能参数有所提高，如断裂韧度、疲劳性能、断口形貌等。7振动焊接工艺文件
建立和保存振动焊接工艺文件是保证正确、持续、有效执行工艺的重要措施。振动焊接系列文件包括：
振动焊接试验方案：
振动焊接试验执行与有效性评估报告；应用振动焊接的焊接工艺评定报告或对比试验报告；振动焊接工艺规范；
一振动焊接工艺记录：
一应用振动焊接工艺的技术监督与产品质量跟踪报告。3
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A.1其他类型焊接结构的振动焊接附录A
（资料性附录）
振动焊接工艺应用说明
量然本标准限定了振动焊接技术的适用范围，但其他类型的接头或结构（如采用低匹配接头的焊、扩散焊焊接构件）也可参照本标准规定进行应用。A.2对裂纹敏感性较强接头结构的使用应用振动焊接工艺的焊接结构应选用应力集中系数小的接头型式，应力集中系数一般不大于2.8。采用应力集中明显的焊接接头设计，如搭接接头、锁底接头、塞焊及非全焊透等焊接构件（见图A.1），应按其应力集中系数增大倍率来限制振幅，通过试验来确定适合的振动参数。一般考用无振动外场条件下的焊接完成应力集中系数大的焊道：在必要时可以用氩弧焊打底，然后采用振动焊接进行填充和盖面。
a）搭接
c）塞焊
A.3从结构安全性考虑的工艺限制图A.1典型接头结构示意图
b)锁底
d）非全焊透
由于振动焊接无去氢的功能，因此对于有抗脆断要求的焊接构件，不建议把振动焊接作为最终工艺。当振动焊接用于修补工艺时，特别对含碳量（或碳当量）较高的材料，必须首先进行振动堆焊试验，以确认工艺的可行性和具体工艺，包括振动焊接与其他工艺的组合。在确认可行的前提下，必须采用机械磨削方法彻底清除原有的缺陷，再进行振动外场补焊。因为残留微裂纹的应力集中作用及碳弧气包刨的增碳都可能导致新裂纹的产生。A.4振动焊接与其他工艺的组合
对于加工周期较长的构件，当振动焊接不能完全满足接头力学性能、尺寸稳定性、残余应力等技术要求时，可将振动焊接作为复合工艺之一：4
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振动焊接加冷却（热沉）控制：振动焊接加预热及后热处理
振动焊接加振动时效；
振动焊接加热处理；
振动焊接加锤击或超声冲击处理；振动焊接加机械法消应力处理。A.5构件的变形控制
采用刚性拘束条件下的振动焊接，可以更有效控制焊接变形。振动焊接后依然变形超标的构件，应先矫形合格，再进行消应力处理。A6振动焊接工艺的对比试验与评定JB/T11085—2011
新采用振动焊接工艺，应进行与非振动焊接工艺的对比试验或焊接工艺评定。对已通过评定的焊接工艺，为进一步提高接头品质（如减小焊接变形、降低焊接残余应力、提高断裂韧度等），在原焊接工艺上增加振动焊接工艺，如有效工艺的熔池振幅不大于6m/s2，则可以免除新的焊接工艺评定。
A.7振动频率范围的确定
由于在焊接过程中构件的声学结构会发生一定变化，因此对采用质量偏心旋转式激振器的振动焊接，振动控制频率应避开振幅与频率十分敏感的共振和亚共振范围，选择在共振峰前沿的频-幅缓升区的频率范围内进行振动焊接，详见图A.2。am/s2
：期望熔池振幅
频-幅缓升区
频率选择范围
图A.2振动控制频率选择示意图
A.8熔池振幅的测量
熔池振动传感器与振动控制传感器的布置可参考图A.3，振动焊接的关键是对熔池振幅的有效控制。用图A.3虚线框内放置的2个熔池振幅传感器来测量该区域的熔池振幅。控制传感器应远离焊缝及激振器。通过沿焊缝不大于500mm的等间距（见图A.3的细实线框）逐步进行控制传感器与熔池传感器振幅相关性试验，获得图A.4对应于图A.3的1、3、5、7、9、11位置上试振的熔池振幅和相关的控制传感器振幅。再用1、3位置时控制传感器振幅的平均值作为两位置的振幅估计值，以此类推，建立整个焊接过程（即1～11位置）的振动控制方案。实焊时则通过对控制传感器振幅的控制来实现对熔5
TKAONTKACa
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池振幅的控制。
榕池振而测圣区城
缔池振动传感器
支撑点
激振器
控制传感器
图A.3熔池振动传感器与振动控制传感器布置示意图对图A.3中，熔池通过1～11位置时的相关性测量和过程控制曲线如图A.4所示。28
归单熔池最幅Cms
9一西线
试振的熔池振帖
试握时的控制诊感端握幅
熔池近过位(或时间）
施焊时的控制传感器虚幅
施煤时的熔池振幅换算循
图A.4熔池振动传感器与振动控制传感器相关性试验和振动焊接工艺曲线示意图6
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