振動時效工藝

為什么要去應力

構(gòu)件經(jīng)過焊接、鑄造、橋梁、輪船、汽車、鋼結(jié)構(gòu)、鍛造、機械加工等工藝過程，在其內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應力，它極大地影響了構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強度、疲勞壽命和機械加工性能，甚至會導致裂紋和應力腐蝕。去應力就是降低殘余應力，使構(gòu)件尺寸的精度穩(wěn)定。

去應力的方式有哪些

目前時效的方法主要有三種，自然時效、熱時效、振動時效。

自然時效是最古老的方法，它是把構(gòu)件置于室外，讓其經(jīng)過氣候、溫度的反復變化，在反復溫度應力作用下，使殘余應力松弛、尺寸精度獲得穩(wěn)定。一般認為，經(jīng)過一年自然時效的工件，殘余應力僅下降2～10％，但是卻較大地提高了工件的松弛剛度，因而工件的尺寸穩(wěn)定性很好。但因其時間太長，一般不在實際生產(chǎn)中采用。

熱時效是傳統(tǒng)的時效方法，它是利用熱處理當中的退火技術，通常是將工件加熱到500～650℃進行較長時間的保溫后再緩慢冷卻至室溫。在熱的作用下通過原子擴散及塑性變形使內(nèi)應力消除。從理論上講采用熱時效時，只要退火溫度和時間適宜，應力可以全消除。但在實際生產(chǎn)中通常認為最好可以消除殘余應力的70～80％，與此同時它能造成工件材料表面氧化、硬度及機械性能下降等缺陷。因此，人們一直在研究更好的方法來消除殘余應力。

振動時效是在上個世紀初期產(chǎn)生并發(fā)展起來的消除應力新方法。即工件在激振器所施加的周期性外力作用下產(chǎn)生共振，松弛殘余應力，獲得尺寸精度穩(wěn)定性。也就是在機械的作用下，使構(gòu)件產(chǎn)生局部的塑性變形，從而使殘余應力得到釋放，以達到降低和調(diào)整殘余應力的目的。但機械作用使應力消除的程度是有限的，不可能全消除。因此振動時效往往是把應力降低（主要是降低殘余應力峰值）和重新分布作為主要目的。

振動消除應力是對構(gòu)件施加一交變應力，如果交變應力幅與構(gòu)件上某些點所存在的殘余應力之和達到材料的屈服極限處，這些點將產(chǎn)生塑性變形。如果這種循環(huán)應力使某些點產(chǎn)生晶格滑移，盡管宏觀上沒有達到屈服極限，也同樣會產(chǎn)生微觀的塑性變形，況且這些塑性變形往往是首先發(fā)生在殘余應力最大點上，因此使這些點受約束的變形得以釋放從而降低了殘余應力。這就是用振動時效可以消除殘余應力的機理。

振動時效的優(yōu)勢

振動時效之所以能夠部分地取代熱時效，在實際當中被廣泛應用，是與該項技術具有的一些明顯的*特征分不開的。

1、投資少適用性強。與傳統(tǒng)的熱時效相比它無需龐大的時效爐，現(xiàn)代工業(yè)中的大型鑄件與焊接件越來越多也越來越大，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(nèi)溫度很難均勻，消除應力效果差。采用振動時效可以避免這些問題。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。

2、生產(chǎn)周期短效率高。熱時效往往需要經(jīng)過數(shù)十小時的周期方能完成，而振動時效一般只需數(shù)十分鐘即可完成。而且，振動時效不受場地影響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(chǎn)線上，不僅使生產(chǎn)安排更加緊湊而且可以消除加工過程中產(chǎn)生的應力。

3、使用方便。振動時效設備體積小、重量輕，便于攜帶，我國目前生產(chǎn)的激振器可振動處理500噸以下的工件，但振動裝置本身僅重幾十公斤。正是由于振動處理不受場地影響，振動裝置又可攜至現(xiàn)場，所以這種工藝與熱時效相比，使用簡便，適應性較強，可安排在任何工序之間也可多次進行。

4、節(jié)約能源，降低成本，無廢渣、廢氣及輻射等污染。在工件的共振頻率下進行時效處理，耗能極小。實踐證明，功率為0.25至1馬力的機械式激振器可振動150噸以下的工件。其能源消耗僅為熱時效的3～5％，成本僅為熱時效的8～10％。加之熱時效時均需要以煤、油等做為燃料不可必免地要排出大量的廢渣、廢氣等不能夠滿足越來越高的環(huán)保要求。故振動時效已逐漸成為去應力的優(yōu)選。

5、機械性能顯著提高。經(jīng)過振動時效處理的工件其殘余應力可以被消除20～80％左右，高拉應力區(qū)消除的比低應力區(qū)大。可提高使用強度和疲勞壽命，而且從根本上防止了金屬在熱時效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。還可以提高構(gòu)件抗變形的能力，穩(wěn)定構(gòu)件的精度，提高機械質(zhì)量。

實踐證明，振動時效適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鋅及其合金）等材質(zhì)的鑄件、鍛件、焊接件及機加工件的應力消除。

現(xiàn)在的振動工藝裝備如圖所示：它是將一個具有偏心重塊的電機系統(tǒng)(激振器)用卡具安放在工件上并將工件用膠墊等彈性物體支承，如圖所示。通過主機控起動電機并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，使工件處于共振狀態(tài)。一般工件經(jīng)15-30分鐘的振動處理即可達到調(diào)整殘余應力的目的。