振动时效消除应力方案

一、关于振动时效消除应力的原理

近二十多年来，国内外出现了“振动处理技术”用来调整金属构件内的残余应力，以代替热处理技术，它属于机械作用法。这种新技术在国外被称做“Vibratory Stress Relief Method”（简称VSR）。由于这种方法可以降低或均化金属构件内的残余应力，因此可以****构件的使用强度，减少变形，可以****或减少由于热处理和焊接产生的微观裂纹。特别是在节省能源、处理时间上具有明显效果，因此被许多*大量使用。

振动消除应力实际上就是用周期的动应力叠加，使局部产生塑性变形而释放应力。振动处理时，通过激振器对被处理金属构件施加一动应力，如果动应力幅与被处理的金属构件上某些点所存在的残余应力之和达到或超过材料的屈服****限时，这些点将产生晶格滑移，尽管宏观上没有达到屈服****限，也同样会产生微观的塑性变形，而且这种塑性变形往往是首先发生在残余应力****的点上，使这些点受约束的变形得以释放从而降低了残余应力。这就是振动时效消除残余应力的机理。即

      σ动+σ残>σs

式中：σ动——施加在被处理件上的周期动应力。

σ残——被处理件中的残余应力。

σs ——被处理件材料的屈服****限。

根据上述机理和大量实践，表明振动时效的一个突出特点是：高应力降低的比例大，特别是应力集中处，残余应力降低快。

由于振动时效的上述作用，使该项技术得到厂矿企业和*的重视和认可，1991年制定了*行业标准JB/T5928.91（现实行JB/T10375-2002），并在1993年被*科委批准为“****科技成果*推广计划”项目，在全国普遍推广。有机床、重型机械、冶金设备、造船、铁路、化工机械、汽车制造、核工业等机械构件都可以采用振动时效来消除应力，代替原热时效工艺。特别是振动消除应力近几年运用到*、航空、航天等高新技术中，其中高速铁路，航天飞机发行架均采用了振动消除应力技术。

二、振动时效处理对金属构件的作用

振动时效是对具有残余应力的金属构件进行振动处理，使构件在共振频率下振动。由于在共振状态下构件按一定的振型产生弹性变形而产生动应力，当这个动应力与构件上各点的残余应力相叠加后，大于材料的屈服****限，则在该点出现局部的塑性变形，因而应力得到释放。所以振动时效从原理上来说，就是降低构件内的残余应力。应力降低的水平与构件内的动应力大小有关，动应力大则消除应力的效果高，动应力小，消除应力的效果也低。

振动时效既然可以降低应力，则必然可以消除或降低残余应力对构件的影响。其作用有如下几方面：

①降低和均化应力，消除应力集中，****裂纹

因为振动过程中残余应力大的点首****入屈服，所以高应力点下降的比例大，使应力均化程度高，从而降低应力集中而****裂纹。

②减少或****构件变形

构件的变形是由于残余应力特点造成的，因为残余应力的分布和量值具有很大的随机性，分布不均且量值差别太大，所以容易产生变化，即可变性。残余应力的变化，必然使构件产生变形，因此在使用前或安装前，通过振动时效使应力降低和均化，必然****或减少变形。

③****焊接构件的疲劳寿命，增加使用周期

通过大量的实验和实践证明，振动时效可****焊件的疲劳寿命50%以上，****使用寿命0.5~1倍。

由于振动时效的上述作用，使该项技术得到厂矿企业和*的重视和认可，1991年制定了*行业标准JB/T5926.91，并在1993年被*科委批准为“****科技成果*推广计划”项目，在全国普遍推广。

三、振动时效具有的特点：

1）****少，生产周期短

2）使用方便，适应性强

3）节约能源，降低成本

4）机械性能显著****

5）符合环保要求

6）操作简单，易于实现机械自动化。

7）可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。

四、一般构件实施方案

振动时效的实质，是在工件的低频亚共振点，稳定地亚共振振动15-30分钟左右，使共振峰出现变化，内部发生微观的弹性塑性力学变化，从而实现时效目的。

1、根据振动时效工艺标准，采取如下方案：

1）激振频率：选择共振区别明显处，一般铸件可以采用中频大激振力，焊接件可分频激振。

2）激振力：由构件上****的动应力来确定，即应保证 σd+σr≥[σ]。Σd与构件的材料和结构有关，一般铸件为∓2kgf/mm2,软钢件为∓7kgf/mm2。

3）激振时间：振动的前10分钟残余应力变化****快，20分钟后趋于稳定，一般认为处理20-50分钟即可。

4）激振点和支撑点：支撑点应该在工件振动节点上，激振点一般在两点支撑点间刚性较大的位置上。

5）根据振动实效设备打印出的手动模式曲线或自动模式曲线对照*机械行业 JB/T10375—2002标准中的相应条款来看振动实效效果。

参照JB/T10375-2002中华人民共和国机械行业标准《焊接构件振动时效工艺参数选择及技术要求》

 2、根据构件的形状及大小实际情况，选择VSRZY-Ⅶ型振动时效消除应力设备（详细参数参考报价单）：

 1）对于较大构件采取直接振动时效处理方式，

2）对于小型构件或刚度较强的构件，其共振频率较高，单件装卡时激振器的激振参数满足不了要求。因此根据结构动力学原理，可以采用组合振动法（其中包括串联、并联联接）、悬臂法、振动台法处理该类构件。

五、针对构件具体实施方案

   该构件板厚一般在2mm-3mm，经过切割，折弯，焊接等工艺，在过程中会产生残余应力，对构件会产生扭曲及变形等问题，针对这一情况我们具体实施方案如下：

针对构件的特点，我们在整个构件的加工过程中总共做3次振动时效处理。

1.      在原材料切割，折弯成C形时做****次振动时效处理。具体就是做一块大概长2000mm宽1500mm厚35—40mm的平台，把C形工件刚性的固定在平台上，把激振器装卡在平台上，以平台的振动来带动工件的振动处理。

2.      在将2个C形工件焊接在一起，成一个方形管子做第二次振动时效处理。方法于****次相同，将工件刚性的固定在平台上。

3.      在方管的侧壁焊接大概8mm的板，在使用焊机的情况下焊接的。这次在焊机焊接好之后不要把控制构件变形的工装拆开，直接将工件和工装整体刚性的固定在平台上进行振动时效处理。

      整个振动时效处理过程需要注意就是一定要把工件刚性的固定在平台上，在做第三次振动时效处理时一定不要拆开工装，平台的大小可以根据构件一次性处理的工件数量可以进行适当调节，平台厚度****少也要35mm厚，太薄效果不会太好的。