山东消除金属残余应力的方法

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振动时效工艺是一种完全可以取代热时效和自热时效的工艺，其原理是用共振来消除工件的残余应力。振动时效工艺因具有设备投资少、节能、生产周期短、时效效果好、使用方便、机械性能显著提高和环保无污染等特点，使得这一高新技术在各行各业中有了广泛的应用。

时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。 

若采用将工件加热到较高温度，并较时间进行时效处理的时效处理工艺，称为热时效处理， 

若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。  

 振动时效是可以完全取代低温炉热时效的节能工艺，可有效防止金属结构件的变形和开裂，提高工件抗动载和静载能力，广泛应用于机械制造业中铸造、焊接、锻压和机械切削加工后的残余应力消除，相对热时效工，节约生产成本98%和人工工时95%。其优点是不受场地、工件大小的限制和无须运输成本、去氧化皮等。振动时效工艺是目前超大金属结构件唯一的时效方法。  

 振动时效工艺对于焊接金属结构件的时效大大优于热时效和自然时效，理论上热时效工艺不适合焊接结构件（尤其是不同材料组合的焊接结构件），因此振动时效工艺实际上也是金属焊接结构件最快捷的唯一时效方法. 

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列提前释放。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。 

振动时效又称振动消除应力,旨在通过控制激振器的激振频率,使工件发生共振,让工件产生适当的振动,以致内部发生微观塑性变化,从而降低工件残余应力和匀化工件的残余应力,最终防止变形，保证了构件在加工使用过程中的尺寸稳定性。

一、振动时效仪（应力消除机）特点：

振动时效的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加动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部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。

1.投资少，节约能源，降低成本。

2.生产周期短，适应性强。

3.机械性能显著提高，符合环保要求。

4.使用方便，操作简单，易于实现机械自动化。

5.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。

二、振动时效仪（应力消除机）的宏观、微观分析

1. 从宏观的角度分析，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。由振动时效的加载试验结果可知，振动时效件的抗变形能力不仅高于未经时效的零件，也高于经热时效处理的零件。

2.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的动应力。

3.从错位、晶格滑移等金属学理论上解释，其主要观点是振动时效处理过程实际上是通过在工件的共振状态下，给工件的每一部位（晶格）施加一定的动能量，如果施加的这个能量值与微观组织本身原有的能量值之和，足以克服微观组织周围的井势（恢复平衡的束缚力），则微观区域必然会产生塑性变形，使产生残余应力的歪曲晶格得以慢慢地恢复平衡状态，使应力集中处的错位得以滑移并重新钉扎，达到消除和均化残余应力的目的。

三、ZS-2008振动时效仪（应力消除机）系统产品介绍

1、真彩液晶显示

超清晰彩色液晶大屏，随机曲线、图形等时效数据清晰明了、高亮度、真彩显示终端，工艺参数、特性曲线动态跟踪，可时时观察曲线的动态变化情况；

2、全自动工作模式

运用先进的数字信号处理技术，对拾振器采集的振动信号进行实时在线统计、分析，选取有效的激振频率，可全自动完成振动时效工艺过程，自动绘制振动时效工艺曲线及工艺参数；

3、可预置局部扫频

可根据构件的共振频率，预置其有效扫频范围，改变了传统的扫频（2000转-10000转）的扫频范围，大大缩短了扫频时间，提高了工作效率，避免了设备在高频运转时产生的噪音及激振器的严重磨损。

4、多峰振动时效处理对系统扫频范围内的多个谐振峰按工艺要求进行任意顺序的排列选择，并预置，分别对各谐振峰进行时效处理，可设定最高扫频范围，对各谐振峰可任意设定和预置时间，并可根据工艺要求进行在线调整。

5、手动快速扫频，手动时效

为了确定被振工件的合理参数选择合适的激振力，本系统配有手动快速扫频功能，利用此功能可快速了解构件的特性，确定合理的匹配参数，并增设了手动时效功能，可自动绘制时效曲线及相关数据，为产品检查提供宏观依据，时效时间可在线任意调整。

6、设备故障自动提示功能

该系统设计有自动判断故障功能，当设备出现故障时，该功能可自动显示及打印出故障发生的原因及处理方法。

7、激 振 器

激振器由直流电机和偏心箱两部分组成。直流电机采用专业设计的大功率、防振永磁无槽直流电机，功耗小，可靠性高，激振力大；偏心箱结构采用国外技术，设计合理，平衡度增大，重量轻、强度大；偏心无极可调，调节范围宽，激振力可满足于从几十公斤到五百吨构件的时效处理。

四、振动时效仪（应力消除机）技术参数

五、振动时效仪（应力消除机）工艺过程

A.它是将一个具有偏心重块的电机系统(激振器)用卡具安放在工件上并将工件用胶垫等弹性物体支承。通过主机控制电机并调速，使工件处于共振状态。一般工件经30分钟的振动处理即可达到调整均化残余应力的目的。

控制器：控制电机的启动及调速、信号的收集、处理、显示及打印参数。

激振器：强迫工件振动并将电机转速及激振频率反馈回主机。

拾振器：把振动响应如加速度幅值等反馈回主机。

卡具：将激振器牢牢固定在工件正确位置上。

胶垫：隔振、降噪，防跑件。

B.工艺选择

1、激振频率：选择共振区别明显处，一般铸件可以采用中频大激振力，焊接件可分频激振。

2、激振力：由构件上最大的动应力来确定，即应保证 σd+σr≥[σ]。Σd与构件的材料和结构有关，一般铸件为∓2kgf/mm2,软钢件为∓7kgf/mm2。

3、激振时间：振动的前10分钟残余应力变化最快，20分钟后趋于稳定，一般认为处理20-50分钟即可。

工件重量（T）     ﹤1  1-3  3-6  6-10       10-50     ﹥50

振动时间（min）  10   12   15   20   25   30-50

4、激振点和支撑点：支撑点应该在工件振动节点上，激振点一般在两点支撑点间刚性较大的位置上。

5、用振动时效过程中测出的动态参数曲线，根据曲线的变化、现场，及时判断振动效果，是国内外推荐认可的方法。

六、振动时效仪（应力消除机）交货周期及质量保证

本公司振动时效应力消除设备现货供应，合同生效之日起，当天发货。运费供方承担。 按JB/T5926-2005标准验收，免费保修一年，终生维修及技术支持.dlf2016.01.19