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。

振动时效起源于原西德，已在美，英，俄，日，德，法等国得到普遍应用，自1976年引入我国后，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。

振动时效特点：

1.投资少

2.生产周期短

3.使用方便

4.无废气及辐射污染

5.节约能源，降低成本

振动时效局限性：

1.不能替代去应力目的以外的热处理

2.不能显著改变金相组织及机械性能（如强度，硬度）

3.不能用于校形

4.对于箱，板形工件时效噪音较大

5.工艺效果在很大程度上取决于工艺员的振动时效工艺理论水平和经验

6.不适宜于高压容器，残余应力较小的工件，大尺寸的薄板焊接件，薄壁铸件，大部分冷加工件，弹性结构应力为主的工件，刚性过大或尺寸过小件（其中部分可用振动平台来时效）

7..并非工件所有部位的时效效果都一致

机理的力学描述σd+σr≥[σ]

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。

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（又拾振器）：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：隔离振动，降低噪音

振动时效工艺过程

振前工艺分析工件时效前需分析工件的残余应力场分布，尺寸要求精度，以及以后的工作载荷，可能的失效原因，然后再决定工件的时效路线及时效重点部位。

一．尺寸精度分析

1.若要求直线度，或圆柱度，同轴度等，应重点消除中间部位的应力，因为相对端部，

中间的应力在加工前后及工况下若有变化的话，从端面看，各方向都能产生弯曲振型

2.若要求平面度，也是重点消除中间部位的应力，但除采用弯曲振型外，还必须采用扭

转振型。

3.若要求同轴度，如箱型工件，应尽量用大激振力，选用弯曲和扭转振型结合。

二．工作载荷

若以后工作载荷主要产生弯曲变形，则应采用弯曲振型；若以后工作载荷主要产生扭曲变形，则应采用扭转振型。

三．工况失效原因

若以后可能出现的是变形问题，可以用大激振力进行振动；若以后出现的是开裂问题，则应尽可能选用小激振力，长时间振动。

设备选型

一．根据工件的重量

二．根据工件的形状，结构和刚性

振动时效的实施

首先应对设备易松的部位进行检查，然后对工件应力集中部位进行检查不允许工件存在缩孔，夹渣，裂纹，虚焊等严重缺陷。

一．工艺支撑

工件进行振动前要和地面隔离，支撑可以使用专用橡胶垫或废旧轮胎外胎等弹性较好的物体。支撑的主要目的，一是隔离振动，防止能量传到地上；二是降低一部分噪音，因为首先支撑物体弹性较好，避免了刚性接触造成较大噪音；其次支撑位置应尽可能选在振动的节点或节线（即波谷位置）处，可减小工件在振动时因相互撞击而消耗能量和产生噪音。

支撑方式：一种是自由支撑，大多数工件振动时都采用这种支撑方式；二是悬臂，主要是针对部分自由支撑时共振频率较高的工件，这种支撑方式较少使用。

在保持工件静态及动态平稳的前提下，支撑的点数越少越好，但要注意：不能让工件任意一点接触地面，也不能让任意一点把支撑点压扁硬压在地面上。也就是说工件不但要完全和地面隔离，而且支撑物要完全支撑得起工件的重量，不能超重。

支撑位置的选择:如图所示

二．安装

1.激振器

激振器是振动时效的激振源，其安装的位置对于振动尤为重要。

激振器一般安装在工件的端，角部位，要求安装位置要平整光滑，刚性要比较大。

对于平面的要求是因为激振器固定在工件上以后，如果不平，在振动过程中可能造成激