消除应力 (2)

消除应力的方法：

纵观全球相关领域，消除应力的方法大约有四种。

其一就是自然时效，通过自然放置消除应力，这种方法耗时过长，难以适应现代科技及生产需要；

其二是最传统、也是目前最普及的方法——热时效法，把工件放进热时效炉中进行热处理，慢慢消除应力。这种方法的缺点也非常显著，比如卫星制造厂对温度控制要求非常严格的铝合金工件以及长达十米或者更大的巨型工件都无法用这种方法处理。而且这种方法还带来了大量的污染和能源消耗，随着中国及世界范围内对环保的进一步要求，热时效炉的处理方式马上面临全面退出的境地。

第三种方法——利用亚共振来消除应力，这种方法虽然解决了热时效的环保问题，但是使用起来相当烦琐，要针对不同形状的工件编制不同的时效工艺，如果有几百上千种工件就要编几百上千种工艺，而且在生产时操作相当复杂，需要操作者确定处理参数，复杂工件必须是熟练的专业技术人员才能操作。更令人遗憾的是这种方法只能消除23%的工件应力，无法达到处理所有工件的目的。

目前可知的第四种方法就是振动时效消除应力，通过机械组装使之形成了一整套消除应力设备，它可以使工件在短时间内达到消除应力的作用，覆盖所有需要消除应力的工件。用频谱分析优选五个频率以多振型的处理方法达到消除工件应力的目的，所有形状大小的工件都可以使用这种设备完成，将激振器夹在工件上进行振动就可以达到消除应力的效果。相比其他方法，。举例来说，15吨左右的热时效炉，燃料多数使用电或天然气，每天开炉一次，时效成本在3000元以上，以每年使用300天计算，仅电或天然气费用每年为90万元。因为城市环保问题日益严重，热时效炉均远离城区，还要计算运输成本和时间成本。

消除焊接应力的设备：

1.远红外履带式电加热器：

单位的各种合金钢焊接结构件的局部热处理，特别适用于大型工件和高压容器的焊前预热，中间消氢，焊后局部退火处理，它改变了传统工艺中质量不稳，设备能耗高，劳动条件差等弊病。

经过大量使用证明陶瓷加热器有如下特点：

（1）有较高的功率密度，可以进行快速加热，其加热速度大大超过感应加热。

（2）体积小结构简单合理，重量轻，搬运装拆劳动强度低

（3）可根据热处理工件需要来确定陶瓷电加热器的数量，不受任何条件的约缚。

（4）陶瓷电加热器直接覆盖在热处理工件上，外面包履一层保温毯（针刺毯），不需任何热容量大的材料，因此加热器热损失小、省电、节能效果显著。

主要参数：

序号型号额定电压额定功率工作温度发热面尺寸(mm)

1 LCD-220-25 220 10 1050 660×330

2 LCD-220-50 220 10 1050 1320×165

3 LCD-220-100 220 10 1050 2640×82.5

4 LCD-220-13 220 10 1050 345×640

5 LCD-220-1

6 220 10 1050 430×520

6 LCD-220-32 220 10 1050 860×260

7 LCD-220-64 220 10 1050 1720×130

8 LCD-110-24 110 5 1050 630×165

2.振动时效设备

振动时效设备的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加动应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。

工作原理

振动时效也可看作在周期动应力作用下循环应变，金属材料内部晶体位错运动使微观应力增加，达到调节应力稳定构件尺寸的过程。

在实际加工中，工件的重量、体积、结构形状具有多样性，在振动时效前很准确制定出各工艺参数，工件的主振频率、辅振频率、激振力及激振点和支承点位置等参数必须通过调整才能准确得出。

振动时效(VSR)就是在激振设备周期性——激振力的作用下在某一频率使金属构件共振，形成的动应力使构件在半小时内进行数万次较大振幅的亚共振振动,使其内部残余应力叠加，达到一定数值后,在应力最集中处,会超过屈服极限而产生微小的塑性变形，降低该处残余应力,并强化金属基体；而后振动在其余应力集中部分产生同样作用，直至不能引起任何部分塑性变形为止，从而使构件内残余应力降低和重新分布，处于平衡状态，提高材料的强度。构件在后序安装使用中，因不再处于共振状态，不承受比共振力更大外力作用，振后构件不会出现应力变形。

实际操作中常借鉴典型工件的工艺方案，总结形成适合：

1、分析：根据振动时效工件可能出现的振型，合理地支撑工件及装卡激振器的位置。

梁型件，支撑一般应用4点距一端2/9和7/9处。激振器一般装卡在中间波峰附近，加速度计安装在一端的波峰附近。

板型件板型工件随着长宽比不同，其主振型有弯曲振型和扭曲振型。

主振频率多以弯振型较多,其节线一般位于距支点(2/9)L处，实际工作中应根据工件具体结构形式采取两点、三点或四点支承方式，对于冶金设备的重型梁架构件，支点位置的设置可采用垂直平分线法，即以三个支点中心为顶点作三角形，三角形三条边垂直平分线与边缘线的交点位置为激振器的固定区域。经实践经验表明，振动中阻力较小，易获得振幅较大的共振及振动效果。长宽比小的工件常为扭曲振型，支撑点为三点(互成120度)；长宽比大的工件主振型一般为弯弯振型，采用4点支撑再边缘处。圆板型件一般采用3点(互成120度)或4点(对角)支撑再边缘处，激振器一般装卡在两橡胶垫中间边缘波峰附近，加速度计安装在一侧两橡胶垫中间边缘的波峰附近。方箱型件一般采用3点支撑再较长的边缘处，激振器一般装卡在上边钢性较大的边缘波峰附近，加速度计安装在边缘的波峰附近。

振动时效组成

振动时效设备主要有激振器、传感器、控制器三部分组成。

激振器介绍

激振器主要有调速电机、偏心块和偏心箱组成，电机的转速及升降的速度是由控制器来控制的，电机内部带有测速装置，将电机的实际转速测定后输给微机，以实现对电机的转速反馈控制，工作的振动时效处理。电动机带动偏心量可调的偏心块运转，产生一定的周期激振力，激振力通过偏心箱作用在被时效的工件上，以实现对工作的振动时效处理。所以激振器是振动时效的执行部分，对工件进行振动时效处理。

控制器介绍

控制器一般由CPU板、控制板、外围硬件、显示板和打印机等组成。原有的控制器一般是通过大量的电子元件之间的控制实现控制器的最基本的控制功能，华云HK系列全自动专家系统型振动时效装置，将这种控制改用计算机程序来代替，这样电子元件的个数减少2/3，同时在程序中编有一个振动时效专家系统，帮助使用者来确定各种时效参数。所以控制器是振动时效设备的心脏，它的主要功能是控制激振器上的电动机按操作者得指令要求运转，并把测得的有关数据给予显示和打印，控制器的技术指标代表着整体设备的水平。

传感器介绍

传感器将工件的实际振动变成电信号传输给微机处理，帮助微机实现对工件的振动监视，用来测试工件的振动情况。

基本特点

1. 投资少

2. 生产周期短

3. 使用方便

4. 适应性强

5. 节约能源，降低成本

6. 机械性能显著提高

7. 符合环保要求