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振动时效去应力的原理

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振动时效是用激振设备在构件残余应力集中处施加等幅交变循环激振力,构件在共振状态下获得较大的激振动应力,在某个方向上的合应力超过材料的屈服极限,该处会产生屈服变形,引起残余应力松弛并释放出来,使残余应力均匀分布[17]。这种方法不仅能有效地降低峰值残余应力,而且能使整体残余应力值下降。
图 为金属材料受等幅交变应变 eB -eC 作用时 的应力应变曲线,图中 OA 为弹性载荷段,构件的 初始残余应力为 s A ,ACB 是第一次发生屈服变形 后的应力应变曲线。构件内的总应力超过屈服点而 发生变形,在 C 处残余应力沿弹性卸载荷线 CB' 下 降,经过 D 点后曲线偏离 CB' 至 B 点,完成一次交变应变循环。经过多次交变循环后,曲线循环稳定 为 C'E'BEC' ,此时残余应力由s A 减小至s E ,残余 应力减小至稳定的过程就是振动时效宏观机理的直观表示。
要消除或减小工件中的残余应力,必须满足以下条件: 要消除或减小工件中的残余应力,必须满足以下条件:
(1) 构件内部残余应力与激振器施加的激振动 应力叠加后的总应力应超过材料屈服极限。即s残 +s动 >ss ,其中:s残 为构件内部残余应力,s动为激振动应力,ss 为材料的屈服极限。
(2) 随着振动时效时间的增长,构件内部的残余应力会由于发生塑性屈服而下降。当残余应力降 低到与振动应力叠加后等于新的屈服极限时,构件 内的将达到平衡,使构件尺寸稳定性得到提高。
(3) 残余应力随时效振动的进行而降低,并最 终达到平衡,如果要继续降低s残 ,就必须增大s动 ,否则在构件达到平衡后的振动是无效的。
从微观角度来看,残余应力降低的本质是通过 某种微观或局部的塑性变形使构件中的弹性应变能逐渐释放的过程。构件晶体内有大量位错存在, 在循环应变下,位错克服阻力产生滑移,使晶体产 生微观塑性变形,残余应力的峰值降低,使构件原 来的内应力场发生改变,内应力降低并重新分布, 进而达到平衡。在振动交变应力的连续激励下,会 不断被激发出位错。随着不断对构件施加循环应 力,位错将会变得更加均匀,位错的移动,即晶体屈服的开始,此时材料开始发生塑性变形。上述过程将会使应力集中区的应力减小,残余应力的峰值降低。


IP属地:山东1楼2021-05-14 14:39回复
    那如何判定振动时效去应力的效果呢?
    振动时效技术具有低成本、周期长、环保的技术优势,从20世纪50年代首次在机床铸件消除应力使用至今已有近70年的时间,但有些人对振动时效的效果仍存疑虑,不敢使用振动时效代替热处理消除应力防止变形和开裂,究其原因,在于对振动时效效判定的方法有问题,必然导致对时效效果的误判和不信任,下面就来详细论述振动时效效果的判定方法。
    振动时效效果的判定标准和方法
    1、 残余应力判据法 残余应力判据法是通过测量工件振动时效前后残余应力的变化来判断时效效果好坏的一种直观方法,其中无损伤的物理测量法和有一定损伤的机械释放测量法是当前残余应力测量的两种主要方法。《振动时效工艺参数选择及技术要求》中规定焊接构件的应力消除率为30%以上,铸件、锻件、冷加工等工件的消除率20%以上。 2、 精度稳定性判据法 振动时效一方面能调整构件的残余应力,另一方面它的突出优点是能提高构件尺寸的稳定性。大量工程实践表明, 部分工件经振动时效后残余应力的减少并没有热时效的多, 但尺寸稳定性却远超过热时效的工件, 故仅用残余应力来衡量振动时效的好坏并不全面。它可分为精加工检验法、静置法和动载荷检验法。但是对测量设备精度要求高、周期长,很难普及。
    3、参数曲线判据法虽然不像残余应力判据法那样 能对振动时效效果给出定量的判断,但是其直观、快 速的特点使其在实际生产中获得了广泛的应用。振动时效时,对工件施加一个动应力,动应力与残余应力的叠加将使工件某些点发生晶格滑移。由于晶格滑移方向不一,产生晶格畸变,形成亚晶界,从而晶粒被细化,位错数目增加。位错增殖,会阻碍位错的再滑移,滑移减少,从而工件阻尼减少,振幅减小。随振动时效的进行,共振峰值与幅频曲线形状均发生了变化。表现为:共振频率降低,共振峰左移,且共振峰值增大,带宽减小


    IP属地:山东2楼2021-05-14 14:41
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      振动时效去应力效果究竟如何?如何检测呢?

      振动时效处理过的构件,需通过一定的评价 方法以表征其时效效果,具体指对残余应力的降 低、调控,构件抗变形能力的提高以及尺寸精度的 提高等[38]。现阶段,振动时效技术的理论基础仍有 待进一步研究,其效果难以精确测定,且没有统一 的标准。目前,已有参数曲线观测法、精度稳定性 检测法和残余应力测量法用于时效效果的评定。
      1.参数曲线观测法
      当构件中存在的残余应力幅值或分布发生改 变时,其自身振动状态将随之变化,因此通过测量振动时效过程中的实时振幅-时间曲线的变化及振幅-频率曲线振动前后的变化可以定性评估振动时效的效果。振动参数曲线可能发生的变化为:
      (a) 振幅时间(a-t)曲线上升后变平或曲线上升后下降最后变平;
      (b) 振幅频率(a-f)曲线振后的峰值升高;
      (c) 振幅频率(a-f)曲线振后的峰值点偏移;
      (d) 振幅频 率(a-f)曲线振后的谐振带宽变窄[39-40]。
      当出现如图 所示的四种情况之一,并且振动时效后幅频曲线形 貌较振前简洁且光滑时,即可定性判定为达到了振 动时效效果。

      2.精度稳定性检测法
      由于振动时效后残余应力重新分布,导致宏观尺寸发生变化,通过检验振动时效前后工件尺寸精度的稳定性来确定时效效果。通常需要长期放置并 定期进行检测,且检测仪器要求精度较高以准确监 测到宏观尺寸的微小变化,该方法效率较低,不适合大规模采用。
      3.残余应力测试法
      直接测试测量构件残余应力在振动前后的变 化情况,是评估振动时效效果的方法之一[41]。这种 方法可以定量判断残余应力的消除情况,能够定量 检测超声振动时效的效果。残余应力检测方法可分 为有损检测法和无损检测法。
      1) 有损检测方法
      有损检测的测量原理是通过材料移除过程中 完全或部分释放应力时产生的位移来推断出原始 应力,这类方法依赖于变形量的测量,而变形量是 由于材料在移除试样的过程中导致残余应力的释 放形成的。常见的检测手段有切片法、轮廓法、盲 孔法、环芯法和深孔法等,其他不常用的还包括切 除法、分裂法、曲率法、剥层应变法、开槽法等。由于有损检测方法会对构件造成一定程度的损伤,通常适用于做小批量的实验,不适于大规模的工业应用。
      2) 无损检测方法
      X 射线衍射法:该方法是目前最常用的残余应 力无损检测方法,测定的是表面 10 μm 左右的表 面应力。其基本原理是通过测量晶格的应变情况来 计算应力,晶格应变可通过 X 射线衍射法检测[49-50]。 X 射线衍射法检测区域仅限于材料表面和亚表面的 晶格结构,检测时要求对材料表面进行化学清洗使 晶体裸露出来,检测结果的准确性受晶粒尺寸、表 面粗糙度和表面曲率等因素的影响较大,也受到仪 器设备体积重量的制约和操作复杂性的限制。
      4.中子衍射法:
      检测原理与 X 射线法相似,不同的是中子具有很强的穿透能力,因此可以检测较 大固体材料内部的残余应力。但是中子源的流强较 弱,测量时间长,中子衍射测量需要样品的体积大, 空间分辨率较差(通常中子法分辨率为10mm2,X 射线分辨率为 0.1 mm2)[53-54],中子反应堆建造和运 行费用昂贵,很难普及,无法在工业现场实时大规 模测量。
      5.磁性法(磁测法):
      称为巴克豪森噪声法(Barkhausen Noise Method,BNM),当铁磁材料受到外界激励磁 场作用后,磁畴壁将被迫发生前后移动,导致相对 另一侧的磁畴壁尺寸的变化,并引起磁感应强度的 变化。通过电磁感应原理测量磁感应强度的变化可获得一种类似噪声的电信号,即巴克豪森噪声 (BN)。材料应力和磁场的变化都会影响 BN 值。 如果在磁畴中应力和磁场产生同向的效应,BN 值 将增大;如果在磁畴中应力和磁场产生相反的效应,BN 值将会减小,导致较大的测量误差。BN 值的大小与杂质含量和晶格位错等有关,这种方法 只适用于铁磁材料,检测精度受材料显微结构的影响较大,还受位移间隙、表面粗糙度、材料剩磁 和环境磁场等因素的影响,目前定量校准和残余应力量化检测困难,实际现场应用也受到一定限制。
      6.涡流检测法:
      该技术建立在电磁感应原理基础上。在检测时,将接通有交流电的线圈靠近被测 金属,通过电磁感应作用,交流线圈产生的交变磁 场在被测金属内建立涡流,该涡流也会在被测金属 内部产生自己的磁场,该涡流磁场反过来影响线圈 的电压、阻抗以及磁场强弱。由此可见,涡流检测 技术主要是根据材料形变、电阻率和磁导率等的变 化进行测试。残余应力的存在会导致被测件电阻率、磁导率发生改变。用涡流检测残余应力目 前还处于不成熟阶段,一般只见于实验室环境下, 且只能检测能够产生涡流效应的导电导磁材料,适 用范围窄,受外界环境影响较大,检测精度较低。 拉曼光谱法:利用拉曼散射原理,当材料受到 应力作用时,晶格结构的变化将反映到其振动频率 的改变,因此拉曼散射相对入射光的频移也将相应 改变,根据应力与散射光拉曼光谱谱线的频移的关系就可计算晶体内部所受的应力。
      7.超声法:
      超声法检测残余应力是根据声弹性 理论,当材料内部产生残余应力时,超声波的传播 速度、频率、振幅、相位和能量等参量将发生变化,相比其它残余应力无损检测方法,超声波法具有检 测速度快,对人体无辐射伤害,成本低,拥有较佳 的空间分辨率和较大范围的检测深度,可现场手持 便于携带,能够完成表面及次表面宏观残余应力大 小与拉压状态的检测等诸多优势


      IP属地:山东3楼2021-09-11 13:53
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        振动时效时应注意的几个问题
        (1)发生强迫共振:随着振动频率的升高,电机电流一直上升无下降趋势,这时即发生了强迫共振,这种现象一般是由被振工件的重量太小而刚性又太大所导致。
        (2)找不到共振区:在扫频过程中发现随着频率的升高,电枢电流也缓慢增加,但是电流并不大,直到扫频结束加速度始终在增加并很小,这种现象一般都是由于工件的固有频率超出设备的控制频率范围。对于发生以上情况,通过实验的方法可以解决。反复改变激振力和支撑点以及激振器的装卡位置;采用悬臂的方法(将工件一端固定,激振器装卡在另一端的方法),也可以采用组合振动法(将多个工件刚性连接在一起可以降低工件的固有频率)。


        IP属地:山东4楼2021-09-29 17:00
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          不同工件在应用振动时效去应力的时候,可能需要采用不同的支撑方式,激振器的位置比较重要,合适的位置可以达到事倍功半的效果。如果激振点不合适,可能应力消除效果也会打折扣。
          本文总结了常见不同工件在振动时效设备消除应力的时候常用的支撑方式。
          一.梁型工件支撑方式
          1.如下图,在距工件端部 (2/9×L)长度处放四个橡胶垫,激振器卡在中 间或一端,传感器吸在另一端。详细咨询135-8311-3238
          注:⑴、L:为工件的总体长度;
          ⑵、梁型件必须同时符合以下条件:
          A、 工件的长度是宽度的3倍或大于3倍;
          B、工件的长度是厚度的5倍或大于5倍;

          二.板型工件支撑方式
          如下图,可在距离工件端部 (1/3×L)长度处放四个橡胶垫,激振器卡在中间或一端,传感器吸在另一端。
          注:⑴、L:为工件的总体长度;
          ⑵、板型件必须同时符合以下条件:
          B、 工件的长度约等于宽度;
          C、 工件的长度是厚度的5倍或大于5倍;

          三.方形工件或圆形工件支撑方式
          1、当工件的长≈宽≈高时,则认为工件属于方型件类。橡胶垫可采用三 点支撑方式,激振器放在单支点侧的端部,或工件顶面的中间,传 感器放在另一端,如下图3。
          2、当工件为圆环时,橡胶垫在圆环底部采用四个或三个对称支撑,激 振器夹在两个橡胶垫中间,传感器放在另两个橡胶垫中间,如图4。


          IP属地:山东5楼2022-01-22 11:01
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            电机轴振动时效去应力防断裂(156-6576-6205)

            消除残余应力是电机轴必不可少的工艺,对于电机轴的强度和疲劳寿命提高有重要意义。传统去应力方式是热时效。热时效做为一种能耗高污染大的应力消除工艺正在逐渐被淘汰,目前普遍采取了振动时效工艺来代替。


            IP属地:山东6楼2022-02-11 16:54
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              钢结构构件在制造加工过程中会受到多种工艺因素的影响,部分影响在设备构件成型后仍不能消除,残留在成型构件内形成残余应力。
              残余应力是设备制造不可避免的影响因素,如何避免、消除残余应力的影响是大型工程设计、施工安装中必须考虑的重要因素。

              采用山东华云的频谱谐波HK2010全自动多维振动时效设备对钢结构进行应力消除,消除应力水平高于热处理,适合现场施工,不受工件形状尺寸限制,噪音低,保证工件不变形更有效。


              IP属地:山东7楼2022-02-18 17:19
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                振动时效的操作不难,但是能够找到准确的振型尤为重要,这取决于振动时效设备的质量和操作者的技术水平。建议大家使用大厂家老品牌的振动时效设备,一是设备质量可靠;二是团队力量雄后,能够给出专业的方案和技术指导;三是售后服务有保证,工件类型发生变化或者设备维修都靠得住。选择山东华云机电科技有限公司的振动时效,二十多年专业研发,无论设备、工艺水平、处理经验和技术支持都值得信任!

                振动时效设备的使用及操作:
                操作者可根据需要振动构件的几何形状尺寸、大小,吨位、长宽高的比例等,用专用胶垫对构件进行支撑。
                激振器用专用卡具刚性的固定在适当部位,卡具需要拧紧,防止振动时松动,造成电机损坏。
                拾振器吸在构件的振幅较大处。
                激振器的档位应根据构件的振幅从小到大进行调整,偏心的紧固螺丝用内六角扳手宁紧,防止滑当。

                注:对可直接振动的构件可以直接振动,可根据分析,判断的振型,在节点处放置弹性支撑。支撑点可为二点、三点或四点。特殊构件的支撑应以平稳为准。对于非直接振动的构件,应采取降频措施。主要的降频措施包括:悬臂,串联和组合等方法。
                注意打印纸的安装:打印纸为专用热敏纸,一面涂有热敏层,只有该层面向下装上后,才能打印出曲线,注意不要装反。
                注意激振器档位调节:激振器主要由永磁直流电机和偏心箱两部分组成,为被振工件的振动源。靠改变两块偏心块的角度产生不同的激振力,施加给被振构件。调节方法为:将配带的内六角扳手插入箱体上方的孔内,用螺丝刀转动箱体一端有档位刻度盘的轴头,当找到偏心块上方的沉头内六角螺丝时,将其松开(切记未调整好档位前不要将伴手抽出,以免偏心块转动而找不到沉孔),转动轴,当指示箭头指向所需刻度时,锁紧内六角,调档完成。


                IP属地:山东8楼2022-03-04 17:16
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                  当然振动时效也存在着一定的局限性;首先它有一定的噪声特别对于箱形和板形工件时效噪声较大;其次工艺效果在很大程度上取决于工艺员对工件关键部位及需重点去应力部位的理解和现场有效振型的选择;再有,它不适于高压容器、残余应力较小的工件、大尺寸的薄板焊件、薄壁铸件、大部分冷加工件、弹性结构应力为主的工件、刚性过大或尺寸过小的工件。

                  华云振动时效去应力现场
                  尽管振动时效有一些局限性但在部分行业和部分材质的零件上的时效效果还是非常显著的。随着人们对振动时效技术的进一步了解,可以逐步减小它的局限现性。如通过对工件采取隔离,或错开工作时间等办法可降低时效的噪声;对于部分不适用激振器进行时效处理的可通过振动平台来进时效处理;以及对相关工艺人员进行培训的方法等等,到目前为止我国已有数千家机械厂在使用振动时效。
                  正是由于振动时效技术的不断发展、经济效果日益明显,才使其应用范围不断扩大。在机械制造、航空、化工器械、动力机械、造船等行业中,铸件、锻件、焊接件及有色合金等材料制造的各类零件均成功地采用了振动时效。振动时效已越来越受到各方面的重视,其应用领域也越来越广阔。


                  IP属地:山东9楼2022-04-24 16:37
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                    振动时效工艺发展到现在,已经从亚共振时效逐渐过渡到频谱谐波振动时效等效果更好的工艺。
                    振动时效技术虽然在高效、节能、环保等方面有着非常明显的优势,但也存在几十年未能解决的障碍性难题:
                    1)应用面窄,约23%:一般振动时效设备频率范围为0 ~166.7Hz,机械制造业超过这个范围的高刚性、高固有频率工件有77%之多,对这些工件无法振动。
                    2)效果差:通过在振动时效设备频率范围内扫描寻找到的振动频率非常少,有效振型太少,无法进行多维残余应力消除,处理效果很难达到热时效效果。
                    3)操作复杂、效果不稳定:传统振动时效设备处理工件时,调整激振点、支撑点和拾振点很繁琐,而且很难达到最佳状态,百种工件,制定百种工艺。完全靠操作者技能和经验来调整振动时效工艺参数,不同的人使用,带来不同的处理效果,这样很难纳入正式生产工艺。
                    4)噪声污染严重:在工件固有频率附近振动,噪声极大,工作现场环境恶劣。
                    21世纪初,一种新的振动时效技术在中国出现,它突破了原有振动时效的技术瓶颈,开创了振动时效应用的一个全新时代。因其独特的找频与频率处理方式,被称为频谱谐波时效技术。频谱谐波时效技术采用傅里叶方法,不需扫描,对工件进行频谱分析,找出工件的十几种谐波频率,优选出对消除工件残余应力效果最佳、不同振型的5种谐波进行时效处理,达到多维消除应力、提高尺寸精度稳定性的目的,已于2009年12月被列为《国家重点节能技术推广目录(第二批)》。

                    具体特点如下:
                    1)采用频谱分析技术,解决了亚共振模式因激振器频率范围限制而不能对高刚性固有频率工件进行振动处理的难题,把振动时效在机械制造领域的应用面从23%提升到近100%。
                    2)对所有工件都能分析出几十个谐振频率优选处理效果最佳的5种振型频率,2种备选频率,从而解决了亚共振模式不能对残余应力呈多维分布,精度要求高、结构复杂的工件进行时效处理的难题。多种振型多方向与工件多维残余应力充分叠加,使处理效果显著优于热时效和传统的振动时效(亚共振时效)。
                    3)自动确定振动时效工艺参数,对激振点、支撑点、传感器位置无特殊要求,对振动参数的自动选取,自动优化,对操作者的要求降低,从而解决了亚共振模式必须依靠操作者经验来选取振动工艺参数,且处理效果各异,以至很难纳入正式工艺的缺陷。
                    4)由于采用6000 r/min 以下的低频谐波,振动处理时噪声很小。


                    IP属地:山东11楼2022-05-27 15:37
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                      振动时效工艺现在快成工艺标配了哈。顶顶~~


                      IP属地:山东12楼2022-06-02 15:21
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                        频谱谐波振动时效效果好。以前的振动时效落后了。对施工人员的技术水平有要求,找激振点找频等等需要一定经验。全自动频谱的省心太多了


                        IP属地:山东13楼2022-06-16 15:58
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                          振动时效去应力,处理时间需要多久才有效?
                          首先针对振动时效时间问题有一个比较普遍的的选择原则:必须使构件残余应力消除或均化到理想程度。必须与生产节拍相吻合。

                          振动时效时间的选择方法:
                          1.根据工件重量大小来选定有效时间
                          重量:≤1T10-20min 1-4.5T20-30min≥4.5T30-35min
                          2.根据绘制的(a-t)的曲线变化来确定时效时间。
                          可根据振动时效过程中实时打印的a—t曲线的变化及a—n曲线振动前后的变化评估振动时效的实际效果。
                          出现下列情况之一时,即可判定振动时效有效:
                          — a—t 曲线上升后变平;
                          — a—t 曲线上升后下降,**终变平;
                          — a—n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征的变化(出现振幅升高、降低、左移、 右移);
                          — a—n曲线振后变得简洁而平滑;
                          — a—n曲线振后出现低幅振峰增值现象。
                          特殊构件必须测定尺寸稳定性和残余应力量才能确定。


                          IP属地:山东14楼2022-06-25 14:29
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                            很全面


                            IP属地:山东15楼2022-12-10 15:48
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                              汽车车桥局部应力消除+频谱谐波振动时效
                              车桥作为汽车上的重要组成零部件,不仅是承载件还是传力件,受到各种复杂载荷的作用,其好坏直接决定汽车的承载安全性和可靠性。

                              车桥多为焊接结构件,机加工最终成型存在非常大的加工残余应力,加之汽车轻量化的发展趋势,提高车桥的强度、刚度、关键部位及关键焊缝的疲劳寿命成为需要面对及攻克的主要难题。
                              华云公司根据车桥的基础数据,采用有限元分析技术,确定了了不同车桥疲劳裂纹初始位置和失效前的最小载荷,提出了增强设计解决方案,豪克能局部消应力增强技术和频谱谐波振动时效技术,通过这两项技术消除和均化车桥的焊接和机加残余应力,预置压应力,强化焊缝结构组织,以增加车桥桥身的疲劳寿命。

                              山东华云机电科技承接的长春一汽重型汽车车桥消除加工残余应力,提高车桥疲劳寿命的项目,通过局部强化整体消除残余应力技术,强化了关键焊缝和脆弱位置的结构组织,消除均化残余应力,稳定车桥尺寸,并在后期的车桥台架疲劳试验中,处理的车桥性能优异,疲劳寿命成倍增加!


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                              IP属地:山东16楼2023-01-07 15:18
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