振動時效工藝

【一】振動時效概述：

 

振動時效是利用共振原理來消除和均化金屬鑄件、鍛件、焊接結構件、有色金屬等零件的殘余應力，以防止零件尺寸變形和開裂。他與傳統的熱時效相比：可節能95％、節省生產費用80~90％、縮短生產周期90％左右、不產生時效氧化皮等；無環境污染、不受零件大小、場地等限制、且時效效果直觀，并優于熱時效。

 

【二】振動時效工藝原理：

 

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應力。當工件受到振動，施加于零件上的動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后，在應力集中最嚴重部位就會超過材料的屈服極限而發生塑性變形。塑性變形降低了該處殘余應力峰值，并強化了金屬基體，而后振動又在另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變形為止。

 

【三】振動時效的工藝特點：

 

1、投資少適用性強。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。

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，而振動時效一般只需數十分鐘即可完成。而且，振動時效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，可安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。故振動時效已逐漸成為去應力的優選。

5、機械性能顯著提高。經過振動時效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。可提高使用強度和疲勞壽命，而且從根本上防止了金屬在熱時效過程中產生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。還可以提高構件抗變形的能力，穩定構件的精度，提高機械質量。

實踐證明，振動時效適用于碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鋅及其合金）等材質的鑄件、鍛件、焊接件及機加工件的應力消除。

當然振動時效也存在著一定的局限性；首先它有一定的噪聲特別對于箱形和板形工件時效噪聲較大；其次工藝效果在很大程度上取決于工藝員對工件關鍵部位及需重點去應力部位的理解和現場有效振型的選擇；再有，它不適于高壓容器、殘余應力較小的工件、大尺寸的薄板焊件、薄壁鑄件、大部分冷加工件、彈性結構應力為主的工件、剛性過大或尺寸過小的工件。