振動時效工藝

【一】振動時效概述：

 

振動時效是利用共振原理來消除和均化金屬鑄件、鍛件、焊接結(jié)構(gòu)件、有色金屬等零件的殘余應(yīng)力，以防止零件尺寸變形和開裂。他與傳統(tǒng)的熱時效相比：可節(jié)能95％、節(jié)省生產(chǎn)費用80~90％、縮短生產(chǎn)周期90％左右、不產(chǎn)生時效氧化皮等；無環(huán)境污染、不受零件大小、場地等限制、且時效效果直觀，并優(yōu)于熱時效。

 

【二】振動時效工藝原理：

 

從微觀方面分析，振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加應(yīng)力。當工件受到振動，施加于零件上的動應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加。當應(yīng)力疊加的結(jié)果達到一定的數(shù)值后，在應(yīng)力集中最嚴重部位就會超過材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形。塑性變形降低了該處殘余應(yīng)力峰值，并強化了金屬基體，而后振動又在另一些應(yīng)力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用，直至振動附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性變形為止。

 

【三】振動時效的工藝特點：

 

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(yīng)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(yīng)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，振動時效不受場地限制可減少工件在時效前后的往返運輸。如將振動設(shè)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(yīng)力。

3、使用方便。振動時效設(shè)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300噸以下的工件，但振動裝置本身僅重幾十公斤。國外生產(chǎn)的可振動處理5公斤至150噸工件的全套振動設(shè)備其總重也不過一百公斤。正是由于振動處理不受場地限制，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(yīng)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(yīng)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(yīng)力可以被消除20～80％左右，高拉應(yīng)力區(qū)消除的比低應(yīng)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(yīng)力消除。

當然振動時效也存在著一定的局限性；首先它有一定的噪聲特別對于箱形和板形工件時效噪聲較大；其次工藝效果在很大程度上取決于工藝員對工件關(guān)鍵部位及需重點去應(yīng)力部位的理解和現(xiàn)場有效振型的選擇；再有，它不適于高壓容器、殘余應(yīng)力較小的工件、大尺寸的薄板焊件、薄壁鑄件、大部分冷加工件、彈性結(jié)構(gòu)應(yīng)力為主的工件、剛性過大或尺寸過小的工件。