振動(dòng)時(shí)效工藝

為什么要去應(yīng)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(jī)械加工等工藝過程，在其內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，它極大地影響了構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度、疲勞壽命和機(jī)械加工性能，甚至?xí)?dǎo)致裂紋和應(yīng)力腐蝕。去應(yīng)力就是降低殘余應(yīng)力，使構(gòu)件尺寸的精度穩(wěn)定。

去應(yīng)力的方式有哪些

目前時(shí)效的方法主要有三種，自然時(shí)效、熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效。

自然時(shí)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(fù)變化，在反復(fù)溫度應(yīng)力作用下，使殘余應(yīng)力松弛、尺寸精度獲得穩(wěn)定。一般認(rèn)為，經(jīng)過一年自然時(shí)效的工件，殘余應(yīng)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(shí)間太長(zhǎng)，一般不在實(shí)際生產(chǎn)中采用。

熱時(shí)效是傳統(tǒng)的時(shí)效方法，它是利用熱處理當(dāng)中的退火技術(shù)，通常是將工件加熱到500～650℃進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的保溫后再緩慢冷卻至室溫。在熱的作用下通過原子擴(kuò)散及塑性變形使內(nèi)應(yīng)力消除。從理論上講采用熱時(shí)效時(shí)，只要退火溫度和時(shí)間適宜，應(yīng)力可以全消除。但在實(shí)際生產(chǎn)中通常認(rèn)為最好可以消除殘余應(yīng)力的70～80％，與此同時(shí)它能造成工件材料表面氧化、硬度及機(jī)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(yīng)力。

振動(dòng)時(shí)效是在上個(gè)世紀(jì)初期產(chǎn)生并發(fā)展起來的消除應(yīng)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(yīng)力，獲得尺寸精度穩(wěn)定性。也就是在機(jī)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(yīng)力得到釋放，以達(dá)到降低和調(diào)整殘余應(yīng)力的目的。但機(jī)械作用使應(yīng)力消除的程度是有限的，不可能全消除。因此振動(dòng)時(shí)效往往是把應(yīng)力降低（主要是降低殘余應(yīng)力峰值）和重新分布作為主要目的。

振動(dòng)消除應(yīng)力是對(duì)構(gòu)件施加一交變應(yīng)力，如果交變應(yīng)力幅與構(gòu)件上某些點(diǎn)所存在的殘余應(yīng)力之和達(dá)到材料的屈服極限處，這些點(diǎn)將產(chǎn)生塑性變形。如果這種循環(huán)應(yīng)力使某些點(diǎn)產(chǎn)生晶格滑移，盡管宏觀上沒有達(dá)到屈服極限，也同樣會(huì)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(yīng)力最大點(diǎn)上，因此使這些點(diǎn)受約束的變形得以釋放從而降低了殘余應(yīng)力。這就是用振動(dòng)時(shí)效可以消除殘余應(yīng)力的機(jī)理。

振動(dòng)時(shí)效的優(yōu)勢(shì)

振動(dòng)時(shí)效之所以能夠部分地取代熱時(shí)效，在實(shí)際當(dāng)中被廣泛應(yīng)用，是與該項(xiàng)技術(shù)具有的一些明顯的*特征分不開的。

1、投資少適用性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的熱時(shí)效相比它無需龐大的時(shí)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(shí)效消除應(yīng)力則需建造大型時(shí)效爐，不僅造價(jià)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(dòng)時(shí)效可以避免這些問題。因此，目前對(duì)長(zhǎng)達(dá)幾米至幾十米的橋梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重達(dá)幾噸至幾十噸的超重型鑄件，較多地采用了振動(dòng)時(shí)效。

2、生產(chǎn)周期短效率高。熱時(shí)效往往需要經(jīng)過數(shù)十小時(shí)的周期方能完成，而振動(dòng)時(shí)效一般只需數(shù)十分鐘即可完成。而且，振動(dòng)時(shí)效不受場(chǎng)地影響可減少工件在時(shí)效前后的往返運(yùn)輸。如將振動(dòng)設(shè)備安置在機(jī)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(dòng)時(shí)效設(shè)備體積小、重量輕，便于攜帶，我國(guó)目前生產(chǎn)的激振器可振動(dòng)處理500噸以下的工件，但振動(dòng)裝置本身僅重幾十公斤。正是由于振動(dòng)處理不受場(chǎng)地影響，振動(dòng)裝置又可攜至現(xiàn)場(chǎng)，所以這種工藝與熱時(shí)效相比，使用簡(jiǎn)便，適應(yīng)性較強(qiáng)，可安排在任何工序之間也可多次進(jìn)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(jìn)行時(shí)效處理，耗能極小。實(shí)踐證明，功率為0.25至1馬力的機(jī)械式激振器可振動(dòng)150噸以下的工件。其能源消耗僅為熱時(shí)效的3～5％，成本僅為熱時(shí)效的8～10％。加之熱時(shí)效時(shí)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(dòng)時(shí)效已逐漸成為去應(yīng)力的優(yōu)選。

5、機(jī)械性能顯著提高。經(jīng)過振動(dòng)時(shí)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(qiáng)度和疲勞壽命，而且從根本上防止了金屬在熱時(shí)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(jī)械質(zhì)量。

實(shí)踐證明，振動(dòng)時(shí)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(jī)加工件的應(yīng)力消除。

現(xiàn)在的振動(dòng)工藝裝備如圖所示：它是將一個(gè)具有偏心重塊的電機(jī)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(jī)控起動(dòng)電機(jī)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(dòng)處理即可達(dá)到調(diào)整殘余應(yīng)力的目的。