振动时效仪器设备的优势特点分析 返回列表页

振动时效仪器设备的优势特点分析

1、投资少适用性强///158//6668//8772。与传统的热时效相比它无需庞大的时效炉，现代工业中的大型铸件与焊接件越来越多也越来越大，如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉，不仅造价昂贵、利用率低，而且炉内温度很难均匀，消除应力效果差。采用振动时效设备可以*避免这些问题。因此，目前对长达几米至几十米的桥梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件，较多地采用了振动时效设备。

2、生产周期短效率高。热时效往往需要经过数十小时的周期方能完成，而振动时效设备一般只需数十分钟即可完成。而且，振动时效设备不受场地限制可减少工件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更加紧凑而且可以消除加工过程中产生的应力。

3、使用方便。振动时效设备设备体积小、重量轻，便于携带，我国目前生产的激振器可振动处理300吨以下的工件，但振动装置本身仅重几十公斤。国外生产的可振动处理5公斤至150吨工件的全套振动设备其总重也不过一百公斤。正是由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强，可排在任何工序之间也可多次进行。

4、节约能源，降低成本，无废渣、废气及辐射等污染。在工件的共振频率下进行时效处理，耗能极小。实践证明，功率为0.25至1马力的机械式激振器可振动150吨以下的工件。其能源消耗仅为热时效的3～5％，成本仅为热时效的8～10％。加之热时效时均需要以煤、油等做为燃料不可必免地要排出大量的废渣、废气等不能够满足越来越高的环保要求。故振动时效设备已逐渐成为去应力的*选择。

5、机械性能显著提高。经过振动时效设备处理的工件其残余应力可以被消除20～80％左右，高拉应力区消除的比低应力区大。

    国内外大量的应用实例证明，振动时效对消除和均化残余应力，稳定工件的尺寸精度具有良好的作用。同时对振动时效的机理也做了大量的研究和探讨。
        从宏观角度分析，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，无意识导致零件尺寸精度稳定的基本原因。从分析残余应力松弛和 零件变形中可知，残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松弛和再分布，使零件发生塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力，特别是危险的峰值 应力。振动时效同样可以降低残余应力。零件在振动处理后残余应力通常可降低30~55﹪，同时也使峰值应力降低，使应力分布均匀化。
        除残余应力值外，决定零件尺寸稳定性的另一种重要因素是松弛刚性，或零件的抗变形能力。
        有时虽然零件具有较大的残余应力，但因其抗变形能力强，而不致造成大的变形。在这一方面，振动时效同样表现出明显的作用。由振动时效的加载实验结果可知， 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。通过振动而使材料得到强化，使零件的尺寸精度达到稳定。
        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动应力。*，工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类 型的微观缺陷。铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体得石墨。故而无论是钢、铸铁或其他金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。当受 到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加。当应力叠加的结果达到一定的数值时，在应力集中zui严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性 变形。这种塑性变形降低了该处残余应力峰值，并强化了金属机体。而后，振动又在一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加 的代数和不能引起任何部位的塑性性别为止，此时，振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属作用。上述解释已由大量的试验加以证明。
        此外，我更主张从错位、晶格滑移等金属学理论上去解释振动时效机理。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（从 微观角度说是工件里的每一个微观晶格）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（残余应力本身是一种势能）之和，足以克服微观 组织周围的井势（也可以说是对恢复平衡的束缚力），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回复平衡状态，使应力集中处地位错 得以滑移并重新钉扎，达到消除和均化残余应力的目的。对于残余应力集中的地方，残余应力值较大，其微观组织本身所具有的回复平衡状态的势能值也较大，所 以，此处的残余应力在震动处理过程中消除的就越多。只有从这一观点上才能解释通许多用*种观点所解释不通的一些现象，比如：在振动处理过程中我们只需施 加一个方向的主动应力，就能消除包括垂直主动应力方向上的所有残余应力等。残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。
        物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。它们是无损的测量方法。其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为的一种测量方法。磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。
        机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。
        从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。

一、分离法测量残余应力
        切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。它是测量残余应力的一种zui简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。
       （一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。切割后，再测应变计得到的释放应变。它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。

释放后的残余应力计算方法如下：
1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为： σ=-Eε （1） 
2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。分割构件后测出ε1和 ε2，计算残余主应力为：
3、如图被测点残余主应力方向未知，则需贴三向应变花（如图3.3所示）。连接应变仪调平后，沿虚线切割开，观察应变仪，直到切割处温度下降到常温时，测出再按（3）公式计算出主应力及其方向来。

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