鋼結構用振動法消除內應力

鋼結構在焊接過程中由于受熱和冷卻的不均勻性會在其內部產生應力，這種內應力在自然狀態下需要經過一段較長的時間才會自行消除，稱為自然時效法。內應力自行消失過程的進行在焊接后的數周內最為明顯，同時在這過程中將不可避免地出現構件的變形。因此鋼結構焊成后必須等候相當長時間，才可進行必要的機械加工。否則，匆忙加工出來的焊接結構在變形后將造成安裝困難，即使已裝上的構件仍將由于變形而導致歪斜，影響使使用，但如久等，又會嚴重地影響工程進度。

以往曾有采用加熱回火法來消除焊接鋼結構的內應力，不過此法需耗費大量的電力和熱能，一般大型加熱爐使用一次就需數數萬元之巨資，在能源上和經濟上極為浪費，其成本約十倍于振動去除內應力法。對于尺寸過大的構件，往往限于加熱護的容積而無法進行熱處理。

鋼結構的焊接熱應力(即內應力)主要是由于其原子結構錯位所造成的，原子結構的錯位引起了不平衡的拉壓應力。眾所周知，金屬原子始終是處在自身振動狀態，因而在常溫條件下，這種振動也會使原子錯位逐步消除。不過這種原子振動是微量級的，所以內應力的消除過程相當緩慢，這就是自然時效法的理論依據。至于加熱回火法，也是采用增加熱能，使原子振動的振幅加大，從而逐步消除原先的原子錯位。同理，也可利用機械振動能量，向金屬結構內部輸入更多的振動能，同樣可使原子振動的振幅加大，除錯位，也即達到消除內應力的目的。對比之下，振功消除內應力方法是經濟、節能、也是快速的。根據文獻介紹，一個3kW的小型激振器就可振動近150t，長約50m的大型鋼結鉤。

振動消除內應力的基木原理并非新發明，早在1906年就已問世了。至于振動法的設備成本不高，約為4000~7000美元一套，而其使用時的運轉成本更為低廉，僅是耗費幾度電而已。并且操作簡便，一般人員只要經過約20分鐘的使用訓練，即能掌握。一般金屬構件只要經過500~6OOOr.p.m的振動，約十多分鐘時間即完成了內應力的消除，可見其效率之高了。所以在本世紀六十年代中，振動消除內應力法在法國、西德和蘇聯等相繼推廣使用。

振動的形式很多，其中在共振頻率下的正弦振動是使焊接鋼結構消除內應力的有效振動形式，對于某一特定的鍛結構，其本身的自振頻率是固有的。根據資料統計，一般金屬結構的自振頻率均小于100HZ。如激振器頻率與之相近，就能在最少的時間內得到最好的消除內應力的效果。在共振狀態下，焊接結構的內應力經20~30分鐘的持續振動后，即可達到內部平衡的效果。其所需激振力的大小，只要能克服阻尼力而使構件獲得一定的振幅，又不致使焊縫產生裂縫即可。