振动时效(VSR)工艺
振动时效技术的原理及应用
第四章振动时效技术的原理及应用最近十多年来，国内外使用振动处理的方法消除金属构件内的残余应力，以防止构件变形和开裂，代替传统的热时效和自然时效。
这种技术在国外称做”VSR”技术,它是”Vibratory Stress Relief”的缩写，由于这种方法可以降低和均化构件内的残余应力，因此可以提高构件的使用强度，可以减小变形而稳定构件的精度，可以防止或减少由于热时效和焊接产生的微观裂纹的发生。
特别是在节省能源、缩短生产周期上具有明显的效果，因此被许多国家大量使用。
我们在该项技术的机理研究和应用上取得了较大的进展。
一、振动时效工艺的简单程序振动处理技术又称做振动消除应力法，在我国称做振动时效。
它是将一个具有偏心重块的电机系统称做激振器安放在构件上，并将构件用橡胶垫等弹性物体做支撑，如图所示。
通过控制器启动电机并调节其转速，使构件处于共振状态，约经20—30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。
图中的振动测试系统是用来监测动应力幅值及其变化的。
实际生产上使用中不需要做动应力监测，振动时效设备本身具有模拟振幅监测系统。
可见，用振动调整残余应力的技术是十分简单和可行的。
二、振动时效工艺特点振动时效之所以能够取代热时效，是由于该技术具有明显的优点。
1、机械性能显著提高经过振动时效处理的构件其残余应力可以被消除20%—80%左右，高拉应力区消除的比例比低应力区大。
因此可以提高使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀。
可以防止和减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。
可以提高构件抗变形的能力，稳定构件的精度，提高机械质量。
2、适用性强由于设备简单易于搬动，因此可以在任何场地上进行现场处理。
它不受构件大小和材料的限制，从几十公斤到几十吨的构件都可以使用振动时效技术。
特别是对于一些大型构件无法使用热时效时，振动时效就具有更加突出的优越性。
3、节省时间、能源和费用振动时效只需30分钟即可进行下道工序。
而热时效至少需要一至两天以上，且需要大量的煤油、电等能源。
岔管时效处理方案 - 振动时效
风机塔筒法兰时效处理方案综述：风机塔筒法兰为风电工程的常见部件，属于典型的圆环形焊接结构件，焊后必须进行时效处理，降低风机塔筒法兰的焊接应力，避免因为残余应力的缓慢释放造成的开焊、变形或者应力腐蚀而造成裂纹，以保证风电设备长期稳定可靠的工作。
1、时效方案分析：传统的时效方法有：热时效、振动时效、自然时效等。
自然时效(NSR)由于周期太长，较难满足工期要求所以不做推荐；热时效对于此类大型工件，很难保证炉温均匀，炉温很难控制所以也难以保证效果；振动时效（VSR）又称振动消除应力法，是将工件（包括铸件、锻件、焊接构件等）在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以振动的形式给工件施加附加应力，当附加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的残余应力，使尺寸精度获得稳定的一种方法。
这种工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。
近年来在国内外都得到迅速发展和广泛应用。
振动时效工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。
与热时效相比，它无需宠大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。
因此，目前对长达几米至几十米和桥梁、船舶、风电、化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件或加工精度要求较高的工件，较多地采用了振动时效。
生产周期短；自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成，而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成。
使用方便；振动设备体积小、重量轻、便于携带。
由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携带至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强。
振动时效操作简便，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；并且在风机生产过程中是目前唯一能进行二次时效的方法。
基于以上原因，我们推荐使用振动时效工艺，并曾成功应用于类似风机的时效处理。
下附：质检中心钢岔管振动时效项目取得成功作者：水利部水工金属结构质量检验测试中心水利部水工金属结构质量检验测试中心受新疆伊犁科流域开发建设管理局委托，对新疆恰甫其海水利枢纽工程1#、2#钢岔管进行了振动时效和无损检测工作。
振动时效工艺在内燃机离心铸造气缸套中的应用
品规 格 多 、 量大 、 寸变 化 大 ， 产 尺 从离 心 铸造 毛 坯 到 精 加 工 ， 削余 量 大 ， 心铸 造 和大 余 量 强 力 切 削 切 离
２２ 振 动 平 台 的 设 计 －
振 动 平 台 的 设计 是 保 证 该 振 动 时效 工 艺 效 果
的 关 键 ． 过 有 限 元 分 析 和 多 年 经 验 设 计 了试 验 平 通
时效 技 术 消除 残余 应力 、 提高 尺 寸稳 定性 的工 艺进
行 了深入研 究 。 ２ １ 振 动 时 效 工 艺 方 案 。
１ 时 效 处 理 工 艺 要 求
该 缸套 主 要生 产 流 程有 ： 心浇 铸—— 毛坯 化 离 验— — 机 械 性 能 及 金 相 检 验— — 粗 加 工 —— 时 效 处 理— — 半 精 加 工— — 水 压 试 验—— 精 加 工 —— 表 面强 化热处 理—— 精 细加工— — 成 品检 验 。该产
姚
新 ： 动 时 效丁 艺 在 内燃 机 离 心 铸 造 气 缸 套 中 的 应用 振
效 的效 果 ． 了能用最 小 的 能量 激 发 工 件产 生 较 大 为
位 置 先用 手动模 式 确定 激振 器偏 心量 和传感 器 位 置 ． 后 按 全 自动 运 行模 式 进行 振 动 ， 自动 振 动 然 全 时 效装 置 动 态跟 踪 工件 内残余 应 力 的 变化 ， 时进 实 行 自动 调节 ， 至检 测 到 的 Ａ— 直 Ｔ曲线 稳 定 后 ， 备 设 会 自动 进 行 时 效 扫 描 ，并 与 振 前 扫 描 进 行 数 据 对 比 ， 自动按 照 Ｊ ／５ ２ — ０ ５标 准 的要 求判 断 时效 ＢＴ ９ ６ ２ ０
该产 品批 量 大 ， 品种 多 ， 寸 变化 大 ， 成 品结 尺 半 构刚 性较强 ． 品精度 要求 高 、 成 易变形 。在生产 过程
振动时效工艺的机理
振动时效工艺的机理振动时效对稳定零件的尺寸，精度保持性提高其抗变形能力有着良好的作用。
振动时效是“锤击松驰法”（敲击时效）的发展，可用木锤、铜锤等敲构件的合适部位可激起构件谐振，如用拾振器、测振仪和光线示波器，可记录下构件做自由衰减振动的振形。
敲击后的最初振幅大，在构件内引起的“振动力”也大，这一振动力多次反复作用，当它与残余应力迭加时，在应力集中处超过材料的屈服极限引起局部塑性变形，松弛了应力使应力峰值降低。
锤击松弛法是敲击后的“大振幅”对时效起作用。
于是人们得到启迪，为什么不能用一激振力，激起构件的响应，并在较大振幅下持续振动一定时间，使工件内的“大振动力”与残余应力迭加，在应力集中处引起塑性变形而松驰应力呢，在此思想下产生了振动时效技术。
振动时效国外称之为VSR技术。
它是在激振器的周期性外力（激振力）的作用下，使构件谐振进而松驰残余应力，提高构件的松弛刚度，使其尺寸稳定的方法。
振动时效是热时效的发展可在很大范围内（如大中小件）代替热时效，从微观方面分析，振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加应力——动应力。
众所周知，工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷。
铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨，无论是钢、铸铁或其它金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中，当受到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加，当叠加的结果达到一定数值后，在应力集中最严重的部件就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形，这塑性变形降低了该处残余应力的峰值，并强化了金属基体，而后，振动又在其它应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止。
随着塑性变形程度的增加，晶体对滑移的阻力越来越困难，以致金属的屈服强度不断提高，抗微小变形能力不断提高，则构件不易变形达到了稳定尺寸之目的。
总的说来由于交变应力——动应力σd的反复作用，工件内耗散能量不断累集、易动位错滑移、位错被被钉札在晶界等障碍处、产生塑性变形并松弛应力，从而降低残余应力。
振动时效介绍
振动时效简介振动时效工艺（Vibrationg Stress Relief缩写为VSR）源于西德，已在美、英、俄、日、德、法等国得到普遍应用，自1976年引入我国后也已被几乎所有机械行业采用，并被国家列为“七五”“八五”重点推广项目。
振动时效主要用于降低和均化工件的残余内应力，防止工件变形和开裂它是根据工艺要求控制激振器的转速和偏心使工件发生共振，让工件需时效部位产生一定幅度、一定周数的交变运动并吸收能量，以便让工件内部发生一定的微观粘弹塑性金属力学变化，从而在一定程度上降低和均化工件内部的残余应力，提高工件将来的尺寸稳定性及疲劳寿命等性能。
它最后通过比较时效前后及过程中工件的有效固有频率及其加速度等参数的变化来定性地判断时效效果。
振动时效适用于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等材质的铸件、煅件、焊接件及其机加工件。
振动时效相比热时效节能95%，处理时间只需二、三十分钟，不占场地，便携，工件不需运输可就地处理，可插在任何工序之间多次处理，应力均化效果好，尺寸稳定性更好，工件表面无氧化，几十米长、数百吨重、上千条焊缝的工件都可适用。
1、机理的力学描述残余应力σr必须和动应力σd叠加超过某一微观极限[σ]才能得到降低或均化,即σd+σr≥[σ].振动时效机理的另一种描述是：通过模拟工况让以后可能产生的变形与开裂提前释放。
所以，时效时也可先分析工件的工况再找出合适的振型及振幅去模拟工况。
这样，时效后时效参数若稳定下来，工件在该工况下就不会产生变形。
2、常规振动时效设备构成主机：控制电机、识别、处理、显示、打印参数激振器及测速装置：激振器强迫工件振动，测速装置将电机转速反馈回主机，作为受强迫振动的工件的振动频率加速传感器：把加速度信号反馈到主机卡具：把激振器固定在横梁或滚轮架（即下图中工件）上胶垫：隔振、降噪3、具体操作：影响VSR 效果的主要因素除时效时间、振幅外，更主要的是工件时效时的振型（也即与其一一对应的共振频率）。
机械制造中振动时效的理论与实践
机械制造中振动时效的理论与实践1振动时效的理论振动时效工艺，国外称为“VSR”方法。
是利用亚共振原理消除和均化金属结构内部残余应力，获得结构尺寸精度稳定的一种新技术，可取代传统的热时效和自然时效工艺，具有节能高效、节资省时、适应性强、使用方便、清洁生产的优点。
振动时效消除应力速度快，成本比通常的热处理方法降低90％，此外，还可使焊件、铸件或机加工件的尺寸偏差缩小1倍～2倍。
它可以广泛用于机械制造行业对铸锻件、焊接件进行时效处理，具有显著的经济效益和社会效益。
振动时效是在激振器所产生的周期性外力——激振力作用下迫使工件在其共振范围内产生共振，在此过程中，当周期性载荷δd+δr>δs时，在工件内残余应力的高峰值处产生局部屈服，引起微小塑性变形，使得工件内部残余应力高峰值降低并使残余应力重新均化分布，从而达到强化金属基体、增强抗变形能力、提高工件尺寸精度稳定性的目的。
振动时效从作用上讲是以机械能形式给工件提供振动能量，增大金属内部原子的振动幅度，加快畸变晶格排列趋于平衡，振动时效从形式上讲是通过对工件施加略低于材料屈服极限的动应力，人为造成工件“变形”提前发生，从而获得工件在其精加工之后不再发生变形的效果。
这是振动时效保证工件精加工后尺寸精度稳定的根本原因。
总的来说，振动时效就是利用共振来迫使金属晶格滑移，促使工件内部残余应力释放。
因为共振所产生的机械能在单位时间内远比热时效和自然时效大得多，所以释放应力的速度比二者也快得多。
2振动时效的效果评定振动时效的效果评定方法有3种：(1)振动参数曲线观察法，(2)残余应力检测法，(3)尺寸稳定性检测法。
通过理论分析和试验证明，由于残余应力下降，最终使结构的阻尼减小，弹性模量降低，从而使固有频率下降、频带宽减小和振幅上升。
因此用这些参数评价残余应力是否下降是较可信的，但如果工件结构复杂，某些子结构在一些相位和方向上进行的不同于主结构的振动必然会影响到拾振器，从而影响幅频曲线的形貌，这些影响要加以考虑。
振动时效去应力技术特点
振动时效去应力技术特点
振动时效去应力技术特点
振动时效工艺采取共振原理：
振动时效设备，利用高频振动消除应力，高频振动通过一定的频率跟一定的周期规律性的振动，促使工件内部残余应力晶体移位降低应力高点的应力，使得整体应力降低到应力平衡点。
振动时效技术简介：
振动时效技术，国外称之为VibratingStressRelief简称VSR,旨在通过专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形――被歪曲的晶格逐渐回复平衡状态。
位错重新滑移并钉扎，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。
振动时效技术适用范围：
振动时效适应于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等铸件、锻件和焊接件及其机加工件。
振动时效与热时效特点比较
项目
热时效
振动时效
应力消除
40－80％
30－90％。
不锈钢焊接构件的振动时效与热时效
不锈钢焊接构件的振动时效与热时效摘要：采用振动时效(VSR)和热时效两种方法对核电堆内构件304L不锈钢方形筒体(控制棒导向筒)进行焊后去应力处理。
通过对残余应力和工艺变形测定，表明这两种方法都可达到期望的技术要求。
对振动时效的机理及动应力对去应力效果的影响作了较详细的介绍，并对两种工艺进行了比较。
关键词：振动时效(VSR)；残余应力；；不锈钢；核电1 前言核电堆内构件方形筒体即控制棒导向筒(见图1)，是核反应堆内尺寸精度要求最高的焊接构件。
母材为304L超低碳不锈钢。
它由9块多孔法兰板、8根双孔管、8根C形管及2个半方管外包壳，通过真空电子束焊及手工氩弧焊组成一体，构成有24个导向孔系的高精度焊接构件。
外包壳断面为190mm×190mm，板厚6mm，工件全长2388mm。
它用于反应堆控制棒上下运动时的导向，在事故出现时，它必须保证控制棒在重力作用下迅速插入堆芯，以紧急停堆。
因此其制造技术要求非常高，焊接过程及焊后去应力过程都必须严格控制变形。
24个导向孔系在全长范围的位置偏差不得大于0.8mm。
针对焊后去应力的技术要求，本研究选择热时效及振动时效(VSR-Vibrate Stress Relief)两种方法进行试验。
包括：304L 钢焊接残余应力的分布，热时效工艺，振动时效工艺，两种工艺前后的应力变化及精度变化，通过定量数据来确定这两种工艺能否达到规定的技术要求。
为今后规模化生产提供重要的试验依据。
2 304L不锈钢的焊接残余应力304L是满足核电堆内构件要求的优质超低碳不锈钢，其化学成分w(%)为：1.5C，0.033Mn，9.08Ni， 18.54Cr，0.003Cu，0.023S，0.056P，0.002N。
项目组对304L钢等离子脉冲对接焊接试板用盲孔法进行了残余应力测定，测定的纵向残余应力分布见图2。
各测点的数据由4次测量结果按统计方法获得。
从总体上看，其纵向应力除焊缝中心外304L钢与一般碳素结构钢的主应力分布相似，近缝区为拉应力，远焊缝区为压应力，板边为低应力。
振动时效(VSR)工艺
热时效（TSR）工艺是目前还在广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。
TSR工艺广泛应用于几乎所有机械产品生产厂，在中国有几万家企业每年有数十万吨的机械金属结构件采用TSR，其所消耗的重油、电、煤气和原煤折合标准煤为140-240kg／吨左右，由此可见TSR工艺耗能已不容忽视，其对环境造成的污染之大也是有目共瞩的。
TSR工艺的基本工装低温时效炉目前造价约为人民币4000元/立方米左右，年维护费用为人民币300-400元/立方米，加上运输、其它辅助工作（如去除氧化皮等），每吨金属结构件的处理费用将高达人民币400-600元。
自然时效(NSR)是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的季节性变化和时间效应使残余应力释放，由于周期太长和占地面积大，仅适应长期单一品种的批量生产和效果不理想，目前应用的较少。
振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残余应力，可达到TSR 工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。
VSR工艺耗能少（是TSR的２％左右）、设备投资少和效率高，其在节能、减少环境污染和提高产品性能方面有卓越的表现，使得这一高新技术在各行各业中有广泛的应用前景。
VSR工艺在我国的应用已有二十多年的历史，但其较具规模的应用却不到十年，影响其广泛应用的原因主要是设备制造技术的相对落后。
在二十世纪九十年代以前，我国生产的振动时效设备普遍存在技术陈旧、故障率高、操作复杂和体积笨重等缺点，使用设备的企业往往对其又爱又怕，爱的是其带来的可观利益，怕的是其娇嫩易坏，有统计表明该时期设备带病率几乎为100%，其维护复杂也使相当多的技术人员谈虎变色。
进入九十年代，一种全新概念的新型设备“TZ21智能型振动时效装置”在深圳出现，在短短的一年左右就普及大江南北，使一些“行业专家”大跌眼镜，其独创的全软件控制、模板组合硬件结构、编程全自动操作等新技术，使故障率大幅度降低、操作相对简化和体积、重量减少，其可观的销售业绩已说明其在中国市场上的成功。
振动时效与热时效对比
振动时效与热时效对比振动时效与热时效对比振动时效技术，国外称之为“Vibrating Stress Relief”(简称VSR),旨在通过专用的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形——被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态。
位错重新滑移并钉扎，从而工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。
近年来，振动时效以投资少，效果好，高效，节能，环保等优势,锐不可当，逐步取代热时效.振动时效技术与传统热时效相比，具有以下突出优势：1.振动时效投资少与热时效相比，振动时效无需庞大的时效炉，可节省占地面积和昂贵的设备投资，热时效，如果工件少还不值得开炉、工件太大时又装不进炉等.而且炉内温度很难均匀，消除应力效果也差。
采用振动时效则可以避免这些问题。
2.振动时效时效效果好大量的研究和实际应用证明，振动时效对工件的时效效果好于烧煤、重油或煤气的热时效炉，而基本与电炉的时效效果相近，因为振动时效不仅克服了热时效炉温不均而造成消除应力不均匀之难题，而且避免了工件因加热而降低其抗变形能力的影响，所以一般经振动时效处理的工件较一般热时效处理的工件的尺寸稳定性可提高30%以上。
3.振动时效灵活性强振动时效技术的使用不受场地、工件大小、形状、重量等条件的限制，由于振动时效设备只有几十公斤，所以对大型工件可就地进行时效处理。
同时根据工艺要求可安排在工件不同的加工工序间进行时效处理。
4.振动时效彻底解决了热时效炉窑的环境污染问题随着人们对环境要求的提高，热时效炉窑的烟气、粉尘、炉渣问题已受到限制，振动时效则能完全避免，这也是振动时效技术被国家环保局几年一直推广的原因。
5.振动时效节能显著振动时效处理一个周期下来只用几度电，与热时效比较起来其节能基本在95%以上。
6.振动时效效率高自然时效需经6个月至一年时间，热时效也需要十几至几十个小时一个周期，而振动时效只需十几分钟至一个小时即可完成。
振动时效
1 绪论1.1振动时效技术特点金属构件在焊接、铸造、锻造和机械加工等工艺过程中,其内部将产生残余应力,极大地影响了构件的尺寸稳定性、刚度、强度和机械加工性能等。
“时效”是降低残余应力使构件尺寸精度稳定的方法。
目前用于消除残余应力的通用方法有：热时效、自然时效和振动时效。
热时效存在着能耗大、成本高、材料机械性能下降、大工件无法处理等弊端；自然时效时间长,效率低,仅能使应力消除2 %～10 %等弱点。
国外60年代开始研究采用振动时效来消除金属工件内残余应力。
随着研究的深入，振动时效工艺技术便产生并不断改进。
振动时效工艺，国外称为“VSR”方法，是利用共振原理降低和均化金属结构内部残余应力，获得结构尺寸精度稳定的一种新技术，其特点可完全取代传统的热时效和自然时效工艺，具体特点如下：①投资少。
与热时效相比它无需庞大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。
现代工业中的大型铸件与焊接件如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉不仅造价昂贵利用率低，而且炉内温度很难均匀消除应力效果很差，采用振动时效可以完全避免这些问题。
因此目前对长达几米至几十米的桥梁船舶，化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件较多地采用了振动时效。
②生产周期短。
自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成。
而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成，而且振动时效不受场地限制，可减少工件在时效前后的往返运输，如将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更紧凑而且可以消除加工过程中产生的应力。
③使用方便。
振动设备体积小、重量轻，因此便于携带。
由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比使用简便适应性较强。
④节约能源降低成本。
在工件的共振频率下进行时效处理耗能极小，实践证明功率0.18～0.74kW的机械式激振器可振动150t以下的工件，故粗略计算其能源消耗仅为热时效3%～5%，成本仅为热时效的8%～10%。
VSR应力振动时效消除法
VSR应力振动时效消除法
对焊接构件、轧制、锻制和铸造的机器部件的加工过程，常常由于残余应力而产生严重的变形。
这些不希望发生的效应也可以消除掉，通过采用专门的机械加工程序和采用热应力消除法就可以达到特殊的线度公差要求。
但是这两种方法都非常昂贵。
采用振动时效处理法对变形的工件进行处理时，晶格和晶界应力会抑止住振动，这种衰减或者更准确地说由内阻力引起的衰减，是在临界点时发生的，且残余应力较大，结果导致局部能量较高。
后者使得晶界位错滑动，发生换位现象、轻微的原子扩散，这样产生出更稳定的结构。
同时微观残余应力减小了，处理过的零件或者工件就稳定了。
需输入的振动能量随着衰减的级别而减小。
因为在共振动频率上衰减作用特别强，而且残余应力减少幅度很大。
通常处理加工的时间不超过一小时。
实际运用中，对工件的重量没有要求。
除采用大多数各种（如焊接）处理过钢铁工件和构件外，有色金属的制成品处理效果也很好。
在焊接时适当地运用振动法，常常能够消除常见的变形。
在极端的情况下，焊接时采用振动处理也能防止断裂。
短短几年里，在美国已有上万套振动时效设备投入使用，因为这种以可控频率为基础的应力振动消除法使用效果很好。
1。
振动时效
1. 振动时效工艺简介振动时效（英文为Vibratory Stress Relief缩写为VSR）又称振动消除应力，主要是通过控制激振器的转速和偏心，使工件发生共振，让工件需时效的部位产生一定幅度，一定周期的交变运动并吸收能量，使工件内部发生微观粘弹塑性力学变化，从而降低工件的局部峰值应力和均化工件的残余应力场，（尤其是表面的集中应力区域），最终防止工件的变形与开裂，保证以后的尺寸稳定精度，它最后通过比较时效前后及过程中工件的有效固有频率及其加速度等参数的变化来间接，定性的判断时效效果。
振动时效适用于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等材质的铸件、煅件、焊接件及其机加工件.振动时效比热时效节能95％，处理时间只需几十分钟，不占场地，便携，工件不需运输可就地处理，可插在精加工前任何工序之间多次处理，应力均化效果好，尺寸稳定性好，工件表面无氧化，几十米长，数百吨重，上千条焊缝的工件都可适用。
构件经过焊接，铸造，锻造，机械加工等工艺过程，其内部产生了残余应力，它极大地影响了构件的尺寸稳定性，刚度，强度，疲劳寿命和机械加工性能，甚至会导致裂纹和应力腐蚀。
时效是降低残余应力，使构件尺寸精度稳定的方法。
时效的方法主要有三种：自然时效，热时效和振动时效。
自然时效是最古老的方法，它是把构件置于室外，让其经过气候，温度的反复变化，在反复的温度应力作用下，使残余应力松弛，尺寸精度获得稳定。
一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力下降2-10﹪，但是却极大地提高了工件的松弛刚度，因而工件的尺寸稳定性很好，但因自然时效时间太长，现在很少采用。
热时效是传统的时效方法它是把工件加热到高温，保温后控制降温。
通常认为可以消除残余应力70-80％，实际生产中，热时效可消除残余应力20-60％。
振动时效是介于自然时效和热时效两者之间的方法，可消除残余应力20-50％，它和自然时效一样，能提高工件的松弛刚度，而热时效却使工件的松弛刚度下降，因而振动时效工件的尺寸稳定性可以与热时效相比拟。
大机组振动时效工艺
大型水轮发电机组焊接结构件振动时效工艺应用及在我厂的推广应用前景重庆水轮机厂有限责任公司摘要：本文介绍了振动时效工艺应用于水轮发电机组大型焊接结构件时，其工艺参数的确定及正确选择动应力，使工件符合检测标准。
振动时效在我厂推广使用的节能效果。
关键词：振动时效新工艺、大型水轮机座环，节能效果。
1．前言振动时效又称VSR（Vibration Stress Rclief）振动消除应力法，它的实质是以机械振动的形式对工件施加应力，当附加应力与残余应力叠加的总应力达到或超过某一数值后，在应力集中的地方就会因应力超过金属材料的屈服强度而发生微观和宏观的塑性变形。
从而降低该处的残余应力峰值，达到应力匀化的目的；另外，振动引起位错的增殖和移动，使材料屈服点上升，从而提高了金属的抗变形能力，达到了稳定工件尺寸的目的。
近10年多来，振动时效工艺发展迅速，并在大重型结构件上得到了应用。
该工艺与热处理相比主要具有下述特点：（1）投资少，不需建造大型的热时效炉，只需在现场使工件在其振频率下进行时效，（2）周期短，每个工件只需设2~3振点，每个振点振动10~25min；（3）热处理有软化材料，去氢和提高冷脆的作用，而振动时效则有均化应力效果明显、强化材料的特点。
对于刚性设计的重型焊接结构件，由于对其强度和尺寸稳定有一定要求，所以采用振动时效工艺是非常合适时；（4）不仅节约能源，而且具有振动设备体积小、重量轻、操作简单等优点。
2．四川东西关电站水轮机座环的振动时效处理。
2．1问题的提出：四川东西关电站水轮机发电机组为我厂近年来所承接的大型发电设备，水轮机型号为ZZ500—LH—640其座环为低碳钢全焊接结构，净重94吨，由上环、下环和十四个固定导叶组成其结构见图一，众所周知，焊接结构件需消除残余应力，传统方法采用热时效处理，该座环尺寸大，超过我厂退火炉有效容积，鉴于我厂前几年振动时效工艺应用的成功经验，决定东西关电站水轮机座环焊后采用振动时效。
振动时效处理
振动时效处理工作原理常规振动时效设备构成主机：控制电机、识别、处理、显示、打印参数激振器及测速装置：激振器强迫工件振动，测速装置将电机转速反馈回主机，作为受强迫振动的工件的振动频率加速传感器：把加速度信号反馈到主机卡具：把激振器固定在工件上胶垫：隔振、降噪振动时效原理◆振动时效技术又称“振动消除应力法”，国外简称“VSR”技术。
它的实施过程是通过振动时效装置的控制系统控制激振器的转数和偏心作用在工件上产生离心力，使工件发生共振（谐振），让工件需时效部位产生一定幅度、一定周期的交变运动，并吸收能量，经过一定时间的振动引起工件微小塑性变形及晶粒内部位错逐渐滑移，并重新缠绕钉扎使得残余应力被消除和均化，防止工件变形和开裂，从而达到提高工件尺寸精度稳定性，增强工件的抗变形能力和提高疲劳寿命。
◆从宏观角度分析振动时效使零件产生塑性变形，降低和均化残余应力并提高材料的抗变形能力，无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原因。
从分析残余应力松驰和零件变形中可知，残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松驰和再分布，使零件发生永久塑性变形。
故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力，特别是危险的降值应力，振动时效同样可以降低残余应力，零件在振动处理后残余应力通常可降低30—80%，同时也使峰值应力降低使应力分布均匀化。
◆从微观方面分析振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加动应力，众所周知工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷，铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨。
故而无论是钢、铸铁或其他金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中，当受到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加。
当应力叠加的结果到一定的数值时，在应力集中最严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形。
这种塑性变形降低了该处残余应力降值，并强化了金属基体，而后振动又在一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止，此时振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属的作用。
振动时效工艺初探
振动时效工艺初探摘要本文简要介绍了振动时效技术，选取典型金属小零件进行振动时效处理，通过振动时效前后残余应力值的比较来验证振动时效效果，并对振动时效工艺有效性进行评定。
关键词振动时效；频谱谐波；残余应力中图分类号th16 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）37-0026-021 概述振动时效在国外称之为vsr（vibratory stress relief）技术，通过给存在残余应力的构件施加交变循环的动载荷，在该动载荷的作用下，构件内部应力发生变化或重新分布，从而稳定构件尺寸。
本文选取典型金属小零件进行振动时效处理，通过振动时效前、后残余应力值的比较对振动时效工艺的有效性进行评定，为振动时效工艺在陕西宝成航空仪表有限责任公司的推广应用提供了技术储备。
2 振动时效设备和零件的选取2.1 振动时效设备的选择选择何种技术进行振动时效是本课题的关键所在。
方案一是选择亚共振技术，方案二是选择频谱谐波技术。
考虑到频谱谐波技术具有诸多优点，尤其对处理金属小零件效果明显，能有效降低生产成本。
因此，选择第二种方案，用lh2508型领航者振动消除应力专家系统进行振动时效处理。
2.2 零件的选取航空金属零件具有尺寸小、精度高的特点，通常在加工、铸造、焊接过程中会产生残余应力。
选取典型零件铝环进行振动时效处理，通过振动时效前后残余应力值的比较来验证振动时效效果，对振动时效工艺有效性进行评定。
3 试验方案用x射线衍射法对铝环（毛坯）进行振动时效前残余应力测试；接着进行振动时效处理；振动时效后，再次进行残余应力测试。
4试验准备1）铝环（毛坯），3件；2）msf-2mx射线应力测定仪；lh2508型领航者振动消除应力专家系统。
5 试验过程5.1 残余应力测试在测试残余应力前，依据应力理论，确定并选取铝环（毛坯）零件x射线测试点。
在铝环上选取3点，按照铝环（1号、2号、3号）的顺序进行测量。
振动时效前铝环的应力测试结果见表1。
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热时效（TSR）工艺是目前还在广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。
TSR工艺广泛应用于几乎所有机械产品生产厂，在中国有几万家企业每年有数十万吨的机械金属结构件采用TSR，其所消耗的重油、电、煤气和原煤折合标准煤为140-240kg／吨左右，由此可见TSR工艺耗能已不容忽视，其对环境造成的污染之大也是有目共瞩的。
TSR工艺的基本工装低温时效炉目前造价约为人民币4000元/立方米左右，年维护费用为人民币300-400元/立方米，加上运输、其它辅助工作（如去除氧化皮等），每吨金属结构件的处理费用将高达人民币400-600元。
自然时效(NSR)是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的季节性变化和时间效应使残余应力释放，由于周期太长和占地面积大，仅适应长期单一品种的批量生产和效果不理想，目前应用的较少。
振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残余应力，可达到TSR 工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。
VSR工艺耗能少（是TSR的２％左右）、设备投资少和效率高，其在节能、减少环境污染和提高产品性能方面有卓越的表现，使得这一高新技术在各行各业中有广泛的应用前景。
VSR工艺在我国的应用已有二十多年的历史，但其较具规模的应用却不到十年，影响其广泛应用的原因主要是设备制造技术的相对落后。
在二十世纪九十年代以前，我国生产的振动时效设备普遍存在技术陈旧、故障率高、操作复杂和体积笨重等缺点，使用设备的企业往往对其又爱又怕，爱的是其带来的可观利益，怕的是其娇嫩易坏，有统计表明该时期设备带病率几乎为100%，其维护复杂也使相当多的技术人员谈虎变色。
进入九十年代，一种全新概念的新型设备“TZ21智能型振动时效装置”在深圳出现，在短短的一年左右就普及大江南北，使一些“行业专家”大跌眼镜，其独创的全软件控制、模板组合硬件结构、编程全自动操作等新技术，使故障率大幅度降低、操作相对简化和体积、重量减少，其可观的销售业绩已说明其在中国市场上的成功。
“RSR系列、RSR2000系列、RSR3000系列全自动消除应力专家系统”更是青出于蓝而胜于蓝。
这些先进设备的出现，使振动时效工艺的普及有了良好的基础。
VSR（Vibration Stress Relief）这个术语表示一个使金属结构件尺寸稳定的物理过程，这个过程的结果是解决加工过程中和加工后的变形，它是利用受控共振对工件进行处理，在工业技术高度发达的今天已使这个过程得以实现。
金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。
为消除残余应力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效，热时效（TSR）前面有介绍，自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放，由于周期太长和占地面积大，不适应批量生产和效果不理想，目前应用的很少。
振动时效（VSR）对降低或匀化金属结构件的残余应力，提高抗动载变形能力，稳定尺寸精度和防止裂纹有非常好的效果：
⑴降低工件内残余应力（峰值）30%-80%，与传统的热时效（TSR）相当，工件无氧化脱碳现象，无需清理氧化皮，减少了辅助工时。
⑵与TSR相比提高了工件抗载荷变形能力，VSR工艺的应用使工件抗静载变形能力提高30%以上，抗动载变形能力提高1-3倍多。
⑶是目前超大型结构件和多种材料组合的结构件唯一时效方法，VSR还适用于二次时效（一般在半精加工后），是唯一不受场地、环境、工序和工件形状限制的处理方法。