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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力可以被消除20～80％左右，高拉應(yīng)力區(qū)消除的比低應(yīng)力區(qū)大,。

    國內(nèi)外大量的應(yīng)用實例證明,，振動時效對消除和均化殘余應(yīng)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(yīng)力并提高材料的抗變形能力,，無意識導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應(yīng)力松弛和 零件變形中可知,，殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)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(yīng)力,，特別是危險的峰值 應(yīng)力,。振動時效同樣可以降低殘余應(yīng)力。零件在振動處理后殘余應(yīng)力通?？山档?0~55﹪,，同時也使峰值應(yīng)力降低，使應(yīng)力分布均勻化,。
        除殘余應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力集中,。當(dāng)受 到振動時，施加于零件上的交變應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加,。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達到一定的數(shù)值時,，在應(yīng)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(yīng)力峰值,，并強化了金屬機體,。而后，振動又在一些應(yīng)力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用,，直至振動附加應(yīng)力與殘余應(yīng)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(fù)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(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地回復(fù)平衡狀態(tài),，使應(yīng)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(yīng)力的目的。對于殘余應(yīng)力集中的地方,，殘余應(yīng)力值較大,，其微觀組織本身所具有的回復(fù)平衡狀態(tài)的勢能值也較大，所 以,，此處的殘余應(yīng)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(yīng)力,，就能消除包括垂直主動應(yīng)力方向上的所有殘余應(yīng)力等,。殘余應(yīng)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(yīng)力作用下的磁性變化和超聲效應(yīng)來求得殘余應(yīng)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(fù)雜.昂貴.精度不高。特別是應(yīng)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(yīng)力給予釋放,，并采用電阻應(yīng)變計測量技術(shù)測出釋放應(yīng)變而計算出原有殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)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(yīng)力為目的，而物理方法則測試宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)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(yīng)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(yīng)力,，因此統(tǒng)稱分離法,。它是測量殘余應(yīng)力的一種zui簡單的方法,，多用于測量表面殘余應(yīng)力或沿厚度方向應(yīng)力變化較小的構(gòu)件上的殘余應(yīng)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(yīng)變計和應(yīng)變花，再將應(yīng)變計與應(yīng)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(yīng)變計得到的釋放應(yīng)變,。它與構(gòu)件原有應(yīng)變量值相同,、符號相反，因此計算應(yīng)力時,，應(yīng)將所得值乘以負號,。

釋放后的殘余應(yīng)力計算方法如下：
1、如果已知構(gòu)件的殘余應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài),，只要在主應(yīng)力方向貼一個應(yīng)變片（如圖3.1）即可,。分割后得釋放應(yīng)變ε，由虎克定律可知其殘余應(yīng)力為： σ=-Eε （1） 
2,、如果構(gòu)件上殘余應(yīng)力方向已知,，則在測點處沿主應(yīng)力方向粘貼兩個應(yīng)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(yīng)力為：
3,、如圖被測點殘余主應(yīng)力方向未知，則需貼三向應(yīng)變花（如圖3.3所示）,。連接應(yīng)變儀調(diào)平后,，沿虛線切割開，觀察應(yīng)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(yīng)力及其方向來。

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