振動時效儀器設(shè)備的優(yōu)勢特點分析

1、投資少適用性強///158//6668//8772。與傳統(tǒng)的熱時效相比它無需龐大的時效爐，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，如采用熱時效消除應力則需建造大型時效爐，不僅造價昂貴、利用率低，而且爐內(nèi)溫度很難均勻，消除應力效果差。采用振動時效設(shè)備可以*避免這些問題。因此，目前對長達幾米至幾十米的橋梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重達幾噸至幾十噸的超重型鑄件，較多地采用了振動時效設(shè)備。

2、生產(chǎn)周期短效率高。熱時效往往需要經(jīng)過數(shù)十小時的周期方能完成，而振動時效設(shè)備一般只需數(shù)十分鐘即可完成。而且，振動時效設(shè)備不受場地限制可減少工件在時效前后的往返運輸。如將振動設(shè)備安置在機械加工生產(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)生的應力。

3、使用方便。振動時效設(shè)備設(shè)備體積小、重量輕，便于攜帶，我國目前生產(chǎn)的激振器可振動處理300噸以下的工件，但振動裝置本身僅重幾十公斤。國外生產(chǎn)的可振動處理5公斤至150噸工件的全套振動設(shè)備其總重也不過一百公斤。正是由于振動處理不受場地限制，振動裝置又可攜至現(xiàn)場，所以這種工藝與熱時效相比，使用簡便，適應性較強，可排在任何工序之間也可多次進行。

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行時效處理，耗能極小。實踐證明，功率為0.25至1馬力的機械式激振器可振動150噸以下的工件。其能源消耗僅為熱時效的3～5％，成本僅為熱時效的8～10％。加之熱時效時均需要以煤、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。故振動時效設(shè)備已逐漸成為去應力的*選擇。

5、機械性能顯著提高。經(jīng)過振動時效設(shè)備處理的工件其殘余應力可以被消除20～80％左右，高拉應力區(qū)消除的比低應力區(qū)大。

    國內(nèi)外大量的應用實例證明，振動時效對消除和均化殘余應力，穩(wěn)定工件的尺寸精度具有良好的作用。同時對振動時效的機理也做了大量的研究和探討。
        從宏觀角度分析，振動時效使零件產(chǎn)生塑性變形，降低和均化殘余應力并提高材料的抗變形能力，無意識導致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應力松弛和 零件變形中可知，殘余應力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應力松弛和再分布，使零件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時效方法以消除和降低殘余應力，特別是危險的峰值 應力。振動時效同樣可以降低殘余應力。零件在振動處理后殘余應力通?？山档?0~55﹪，同時也使峰值應力降低，使應力分布均勻化。
        除殘余應力值外，決定零件尺寸穩(wěn)定性的另一種重要因素是松弛剛性，或零件的抗變形能力。
        有時雖然零件具有較大的殘余應力，但因其抗變形能力強，而不致造成大的變形。在這一方面，振動時效同樣表現(xiàn)出明顯的作用。由振動時效的加載實驗結(jié)果可知， 振動時效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時效的零件，也高于經(jīng)熱時效處理的零件。通過振動而使材料得到強化，使零件的尺寸精度達到穩(wěn)定。
        從微觀方面分析，振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加動應力。*，工程上采用的材料都不是理想的彈性體，其內(nèi)部存在著不同類 型的微觀缺陷。鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體得石墨。故而無論是鋼、鑄鐵或其他金屬，其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應力集中。當受 到振動時，施加于零件上的交變應力與零件中的殘余應力疊加。當應力疊加的結(jié)果達到一定的數(shù)值時，在應力集中zui嚴重的部位就會超過材料的屈服極限而發(fā)生塑性 變形。這種塑性變形降低了該處殘余應力峰值，并強化了金屬機體。而后，振動又在一些應力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用，直至振動附加應力與殘余應力疊加 的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性性別為止，此時，振動便不再產(chǎn)生消除和均化殘余應力及強化金屬作用。上述解釋已由大量的試驗加以證明。
        此外，我更主張從錯位、晶格滑移等金屬學理論上去解釋振動時效機理。其主要觀點是振動時效處理過程實際上是通過在工件的共振狀態(tài)下，給工件的每一部位（從 微觀角度說是工件里的每一個微觀晶格）施加一定的動能量，如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值（殘余應力本身是一種勢能）之和，足以克服微觀 組織周圍的井勢（也可以說是對恢復平衡的束縛力），則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形，使產(chǎn)生殘余應力的歪曲晶格得以慢慢地回復平衡狀態(tài)，使應力集中處地位錯 得以滑移并重新釘扎，達到消除和均化殘余應力的目的。對于殘余應力集中的地方，殘余應力值較大，其微觀組織本身所具有的回復平衡狀態(tài)的勢能值也較大，所 以，此處的殘余應力在震動處理過程中消除的就越多。只有從這一觀點上才能解釋通許多用*種觀點所解釋不通的一些現(xiàn)象，比如：在振動處理過程中我們只需施 加一個方向的主動應力，就能消除包括垂直主動應力方向上的所有殘余應力等。殘余應力的測定方法大致可分為機械測量法和物理測量法兩類。
        物理測量法包括X射線法、磁性法、和超聲波法等。它們分別利用晶體的X射線衍射現(xiàn)象.材料在應力作用下的磁性變化和超聲效應來求得殘余應力的量值。它們是無損的測量方法。其中X射線法使用較多，比較成熟，被認為是物理測量法中較為的一種測量方法。磁彈性法和超聲波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地認為是有發(fā)展前途的兩種測試方法。物理法的測試設(shè)備復雜.昂貴.精度不高。特別是應用于現(xiàn)場實測時，都有一定的局限性和困難。
        機械方法包括切割法、套環(huán)法和鉆孔法（下面主要介紹）等，它是把被測點的應力給予釋放，并采用電阻應變計測量技術(shù)測出釋放應變而計算出原有殘余應力。殘余應力的釋放方法是通過機械切割分離或鉆一盲孔等方法，因此它是一種破壞性或半破壞性的測量方法，但它具有簡單、準確等特點。
        從兩類方法的測試功能來說，機械方法以測試宏觀殘余應力為目的，而物理方法則測試宏觀應力與微觀應力的綜合值。因此兩種方法測試的結(jié)果一般來說是有區(qū)別的。

一、分離法測量殘余應力
        切割法和套環(huán)法都是將被測點與其鄰近部分分開以釋放殘余應力，因此統(tǒng)稱分離法。它是測量殘余應力的一種zui簡單的方法，多用于測量表面殘余應力或沿厚度方向應力變化較小的構(gòu)件上的殘余應力。
       （一）、切割法：在欲測部位劃線：劃出20mm×20mm的方格將測點圍在正中。在方格內(nèi)一定方向上貼應變計和應變花，再將應變計與應變儀相連，通電調(diào)平。然后用銑床或手鋸慢速切割方格線，使被測點與周圍部分分離開。切割后，再測應變計得到的釋放應變。它與構(gòu)件原有應變量值相同、符號相反，因此計算應力時，應將所得值乘以負號。

釋放后的殘余應力計算方法如下：
1、如果已知構(gòu)件的殘余應力為單向應力狀態(tài)，只要在主應力方向貼一個應變片（如圖3.1）即可。分割后得釋放應變ε，由虎克定律可知其殘余應力為： σ=-Eε （1） 
2、如果構(gòu)件上殘余應力方向已知，則在測點處沿主應力方向粘貼兩個應變片1和2（如圖3.2所示）。分割構(gòu)件后測出ε1和 ε2，計算殘余主應力為：
3、如圖被測點殘余主應力方向未知，則需貼三向應變花（如圖3.3所示）。連接應變儀調(diào)平后，沿虛線切割開，觀察應變儀，直到切割處溫度下降到常溫時，測出再按（3）公式計算出主應力及其方向來。

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