振動時效儀器設備的優勢特點分析

1、投資少適用性強///158//6668//8772。與傳統的熱時效相比它無需龐大的時效爐，現代工業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，而且爐內溫度很難均勻，消除應力效果差。采用振動時效設備可以*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備。

2、生產周期短效率高。熱時效往往需要經過數十小時的周期方能完成，而振動時效設備一般只需數十分鐘即可完成。而且，振動時效設備不受場地限制可減少工件在時效前后的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產線上，不僅使生產安排更加緊湊而且可以消除加工過程中產生的應力。

3、使用方便。振動時效設備設備體積小、重量輕，便于攜帶，我國目前生產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。國外生產的可振動處理5公斤至150噸工件的全套振動設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保要求。故振動時效設備已逐漸成為去應力的*選擇。

5、機械性能顯著提高。經過振動時效設備處理的工件其殘余應力可以被消除20～80％左右，高拉應力區消除的比低應力區大。

    國內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定性造成了應力松弛和再分布，使零件發生塑性變形。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常可降低30~55﹪，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，振動時效同樣表現出明顯的作用。由振動時效的加載實驗結果可知， 振動時效件的抗變形能力不僅高于未經時效的零件，也高于經熱時效處理的零件。通過振動而使材料得到強化，使零件的尺寸精度達到穩定。
        從微觀方面分析，振動時效可視為一種以循環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。當應力疊加的結果達到一定的數值時，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生同樣作用，直至振動附加應力與殘余應力疊加 的代數和不能引起任何部位的塑性性別為止，此時，振動便不再產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），則微觀區域必然會產生塑性變形，使產生殘余應力的歪曲晶格得以慢慢地回復平衡狀態，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展前途的兩種測試方法。物理法的測試設備復雜.昂貴.精度不高。特別是應用于現場實測時，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果一般來說是有區別的。

一、分離法測量殘余應力
        切割法和套環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、如果已知構件的殘余應力為單向應力狀態，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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