裝載機中的前車架、后車架，挖掘機中的斗桿、動臂等主要連接方式是焊接。在焊接過程中，由于焊接電弧加熱的不均勻性以及材料內部等的相變作用，導致焊縫及結構件中存在不同水平的殘余應力。殘余應力的存在，不僅會影響結構件的工藝制造性，如降低構件的尺寸和形位精度，導致裝配精度的降低，甚至工件的報廢；而且殘余應力還可能導致構件產生塑性變形，進而降低構件的疲勞強度和疲勞壽命，使整機喪失部分或全部功能。如果焊接構件在機加前沒有進行相應的消除焊接應力處理，在構件服役時會出現殘余應力釋放的問題，應力的釋放會引起構件配合精度的降低，進而導致零部件的異響、異常磨損或失效。因此，尋找合適的消除焊接應力的處理工藝并實現批量應用，不僅可以提高構件和整機的使用壽命，還可以為企業(yè)和用戶節(jié)約了維修、維護的成本。

本文提出了一種新型的消除應力方法，就是采用振動時效和超聲沖擊處理組合消除焊接應力，并進行了相關試驗研究。

試驗過程

試驗對象為某型號輪式裝載機的前車架，材質主要為Q345，利用焊接機器人進行焊接。試驗時首先對目標焊縫進行殘余應力測量，然后進行振動時效處理，處理完成后，再次測量目標焊縫殘余應力值，然后對目標焊縫進行超聲沖擊處理，處理完成后進行第三次殘余應力測量。

殘余應力測量方法采用盲孔法，每條目標焊縫測量3個點，測量位置為目標焊縫的焊趾處，并在焊縫長度方向上均勻分布；振動時效處理時，激振點選在前車架下鉸接的上板位置處，拾振點選在翼箱的外側板上，振動時效處理時間為25min。

進行超聲沖擊處理時，選擇單根沖擊針的沖擊頭，沖擊針直徑為6mm，處理速度控制在200mm/min，處理完成后，焊趾上要處理一條連續(xù)、均勻、光亮的凹槽，凹槽橫截面要保留焊縫一側的凹槽寬度與母材一側的凹槽寬度大致相等。

結果與分析

表1是焊后、振動時效后以及超聲沖擊處理后目標焊縫焊趾處的殘余應力水平?？梢钥吹剑负竽繕撕缚p的殘余應力均為拉應力，殘余應力水平可以達到材料屈服強度的0.7-0.9倍。經過振動時效處理后，目標焊縫各測點位置處的殘余應力水平有所降低，降低幅度在30%-50%之間，但殘余應力仍然是拉應力。經過超聲沖擊處理以后，目標焊縫中的殘余拉應力被消除，并在焊趾處植入了一定的殘余壓應力。

研究認為，焊接結構中存在的殘余拉應力不僅會降低結構的壓桿穩(wěn)定性和承載能力，還會降低焊接結構的加工精度、疲勞強度和疲勞壽命。特別是當焊縫或鋼結構中存在缺陷時，殘余拉應力會加速其失效。但是當焊縫中的殘余應力為壓應力時，其對焊縫的疲勞壽命則是有益的。焊縫中的殘余壓應力會減弱應力集中的程度，限制或阻礙裂紋的形核及擴展。

結構件經過振動時效處理后，其內部殘余應力的水平一般會降低30%-50%，應力水平的降低會減少機加過程中應力的釋放量，從而保證了結構件的加工精度，提高了構件的裝配精度，為減少異常磨等創(chuàng)造了有利條件。

結構件焊縫經過超聲沖擊處理后，焊趾處殘余的拉應力被消除，并在焊趾處植入了對提高疲勞壽命有益的壓應力。同時，經過處理后，焊趾處出現了一條連續(xù)、均勻、光滑的凹槽。這樣，焊趾與母材的過渡就變的平滑，在結構件使用過程中，焊趾處的應力集中水平就會降低，進而提高結構件的疲勞壽命。

因此，在制定結構件的生產工藝時，考慮到生產效率以及運營成本，在批量生產過程中，可以采用振動時效+超聲沖擊處理的復合工藝，即結構件完成焊接后、機加前，先采用振動時效的方法整體消除焊接應力，然后針對設計仿真時的薄弱焊縫，以及構件服役過程中開裂較多的焊縫再進行超聲沖擊處理，從而達到生產效率和生產質量的*美結合。

總結

本文對某型裝載機前車架進行了消除焊接應力的試驗，利用振動時效的方法可以整體消除前車架焊縫的殘余應力，消除率為30%-50%；采用超聲沖擊處理的方法可以1o0%消除焊縫中的殘余拉應力，并植入對焊縫及整體結構有益的殘余壓應力，同時經超聲沖擊處理后，焊趾與母材的過渡變得圓滑，降低了焊趾處的應力集中水平。在實際生產過程中，可以采用振動時效+超聲沖擊的復合工藝消除焊接應力。