淺談振動時效對殘余應力的消除及均化
發布時間：2021/12/13
振動時效是將工件(包括鑄件、鍛件、焊接構件等)在其固有頻率下進行數分鐘至數十分鐘的振動處理，消除其殘余應力，使尺寸精度獲得穩定的一種方法，這種工藝具有耗能少、時間短、效果顯著等特點，近年來在國內外都得到迅速發展和廣泛應用。
振動時效概述
振動時效的實質是以振動的形式給工件施加附加應力，當附加應力與殘余應力疊加后達到或超過材料的屈服極限時，工件發生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內的殘余應力，并使其尺寸精度達到穩定。
在本世紀五十年代前后，隨著現代科學技術的發展，振動理論、測試技術和激振設備都得到迅速發展，人們發現在工件的共振頻率下進行振動，可以縮短振動處理時間，消除應力和穩定精度的效果更好，能源消耗也最少，同時出現了相應的振動設備。
這種新型的振動時效工藝和設備的出現，立即受到各國的高度重視，迅速應用于生產實踐中。這種工藝是將激振器牢固地夾持在被處理工件的適當位置上，通過振動設備的控制部分，根據工件的大小和形狀調節激振力，并根據工件的固有頻率調節激振頻率，直至使聯接在工件上的振動傳感器(速度計或加速度計)所接收的信號達到一個最大值，這時標志工件已達到共振。在這種狀態下持續振動一段時間，即可達到消除應力、穩定尺寸精度的目的。
振動時效的應用
由于這種工藝日趨成熟，振動和控制設備日臻完善，振動時效已為十多個工業發達國家廣泛采用。
英國和德國在航空制造領域也采用了振動時效，蘇聯金屬切削機床實驗科學研究院將振動時效工藝推薦給各機床廠，某些重型機床廠的大件和基礎零件全部采用了振動時效。
我國近年來在振動時效的研究與應用方面也取得了長足的進展，實際使用情況表明，經過振動時效的工件尺寸精度穩定性良好，經6個月至1年的靜置觀測，尺寸精度變化僅為數μm，能夠滿足產品對工件尺寸精度的要求。
振動時效的優點
振動時效費用僅為熱時效的10%左右，能源消耗不到熱時效的5%。由于振動時效的技術經濟效果日益明顯，其應用范圍也不斷擴大。在機械制造、航空、化工器械、動力機械等行業中。用鋼，鑄鐵、有色合金等材料制造的各類零件成功地采用了振動時效。振動時效之所以得到各方面的普遍重視，是由于它具有如下特點：
投資少 與熱時效相比，它無需龐大的時效爐，可節省占地面積與昂貴的設備投資。現代工業中的大型鑄件與焊接件，如采用熱時效消除應力則需建造大型時效爐，不僅造價昂貴、利用率低，而且爐內溫度很難均勻，消除應力效果很差，采用振動時效可以完全避免這些問題。
因此，目前對長達幾米至幾十米的橋梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重達幾噸至幾十噸的超重型鑄件，較多地采用了振動時效。
生產周期短 自然時效需經幾個月的長期放置，熱時效亦需經數十小時的周期方能完成，而振動時效一般只需振動數十分鐘即可完成，而且，振動時效不受場地限制，可減少工件在時效前后的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產線上，不僅使生產安排更緊湊，而且可以消除加工過程中產生的應力。
使用方便 振動設備體積小、重量輕、便于攜帶。由于振動處理不受場地限制，振動裝置又可攜至現場，所以這種工藝與熱時效相比，使用簡便，適應性較強。
節約能源，降低成本 在工件的共振頻率下進行時效處理，耗能極小。實踐證明，振動時效成本僅為熱時效的8-10%。
保護環境 熱時效存在污染的問題，如來源于普遍存在的火電，燃燒產生的煙氣、粉塵、爐渣等造成二次污染。振動時效無需燃煤，不產生污染，在高效、節能、環保等方面，其能耗降低約95%，時效成本降低約90%，對比熱時效都有著明顯的優勢。
除此外，振動時效操作簡便，易于實現機械化自動化。可避免金屬零件在熱時效過程中產生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷，是目前唯一能進行二次時效的方法。
(頻譜諧波時效設備)
(模態寬頻時效設備)
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