电弧焊过程是对金属构件局部快速加热和冷却的冶金过程，焊缝的冶金组织对焊接接头的质量有重要影响，而局部加热的特点很难避免焊接变形和焊后残余应力的产生。热处理是一种传统的消除焊接结构残余应力、改善焊缝组织的方法，但对大型焊接构件或在材料表面有氧化控制的场合，如表面喷铝材料和不锈钢材料，热处理工艺的应用实施困难，成本高昂，局部的热处理也有产生新的残余应力的可能。本文研究了应用机械振动的方法改善焊缝组织，降低焊接变形以及焊接结构的残余应力，涉及振动时效和振动焊接工艺的实践与理论。 振动时效(vibratorystressrelief,VSR)是对应用振动载荷，降低结构残余应力工艺的总称。这种工艺目前已经得到广泛的应用，但它的机理研究还有待深入。在振动时效降低焊接残余应力效果的评价方面，目前的一些方法还很难满足实时和定量的要求。振动焊接工艺又被称为随焊振动，或振动调制焊接，是在焊接过程对构件附加一个机械振动，以改善焊缝组织，这方面的研究有一些报道，但这种工艺的实际应用还很少见。 焊接结构的振动时效是对焊后构件在常温下进行机械振动处理的工艺，旨在降低结构残余应力，保证结构尺寸的稳定性。针对磁浮轨道梁焊接，本文详细介绍振动时效工艺及相关的工艺参数，从宏观和微观分析振动时效的机理，指出了热时效与振动时效微观机理上的区别。本文比较了各种振动时效效果评价方法，着重分析了振动幅频参数曲线观测法的理论基础，指出了金属材料的振动时效过程中除了粘性阻尼外，还有非粘性阻尼，结构阻尼是振动时效过程的重要非粘性阻尼，导出了基于结构阻尼的振动时效幅频参数曲线方程。根据HT-7U超导托卡马克结构的振动时效幅频参数曲线，指出结构复杂的焊接构件振动时效时，不同的振峰，振动时效后的变化规律并不相同，共振峰有可能降低、右移，振后低幅振峰增值比较常见，采用JB/T10375-2002标准对振动时效效果进行评价更具有实用性。 振动时效过程幅频曲线的变化与振动阻尼的变化密切相关。本文从阻尼的变化机理着手，依据金属位错理论，分析了与振动时效过程相关的阻尼变化的特征，作者应用动态机械分析仪(DMA)设计了一系列试验，研究了不同焊缝组织、不同残余变形等对振动阻尼的影响，试验表明有焊缝试样内位错密度更高，位错增殖更明显。采用激光焊接小试样，通过对基于应变幅度的阻尼(amplitude-dependentinternalfriction，ADIF)多次测量，模拟材料振动时效过程，连续三次的振动测量试验表明，不同激振力(应变)幅值下，阻尼变化不相同。激振力较大时，阻尼的变化有一个先增加后降低的过程。焊接工艺参数对阻尼有明显的影响，试样焊接速度越高，阻尼越大，由于金属材料冷却速度影响位错的钉扎方式，因此不同焊接线能量下材料的阻尼与位错的钉扎方式有关，高冷却速度下(小焊接线能量)，位错被气团的弱钉扎导致阻尼的升高。 焊接变形是大型焊接结构的一个重要问题。针对Q235B材料H型钢的焊接，采用振动埋弧焊接工艺降低结构波浪变形。变形实测表明，振动埋弧焊H型钢腹板的波浪变形平均值只有常规埋弧焊的一半左右，型钢的焊接质量得到提高。