振动时效效果评定方法研究

振动时效原理振动时效特点振动时效工艺技术振动时效技术是对工件施加变化的循环载荷来消除和减少内部残余应力。

该技术具有耗能少、效果显著、无污染、处理快速等优点，广泛应用于消除焊接件、重型工件的残余应力。

 振动时效原理 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。

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。

下图为金属材料受等幅交变应变εB-εC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σA，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'B”EC'，此时残余应力由σA减小至σE，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： (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σ残+σ动σs，其中：σ残为构件内部残余应力，σ动为激振动应力，σs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。

风机塔筒法兰时效处理方案综述：风机塔筒法兰为风电工程的常见部件，属于典型的圆环形焊接结构件，焊后必须进行时效处理，降低风机塔筒法兰的焊接应力，避免因为残余应力的缓慢释放造成的开焊、变形或者应力腐蚀而造成裂纹，以保证风电设备长期稳定可靠的工作。

1、时效方案分析：传统的时效方法有：热时效、振动时效、自然时效等。

自然时效(NSR)由于周期太长，较难满足工期要求所以不做推荐；热时效对于此类大型工件，很难保证炉温均匀，炉温很难控制所以也难以保证效果；振动时效（VSR）又称振动消除应力法，是将工件（包括铸件、锻件、焊接构件等）在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以振动的形式给工件施加附加应力，当附加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的残余应力，使尺寸精度获得稳定的一种方法。

这种工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。

近年来在国内外都得到迅速发展和广泛应用。

振动时效工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。

与热时效相比，它无需宠大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。

因此，目前对长达几米至几十米和桥梁、船舶、风电、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或加工精度要求较高的工件，较多地采用了振动时效。

生产周期短；自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成，而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成。

使用方便；振动设备体积小、重量轻、便于携带。

由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携带至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强。

振动时效操作简便，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；并且在风机生产过程中是目前唯一能进行二次时效的方法。

基于以上原因，我们推荐使用振动时效工艺，并曾成功应用于类似风机的时效处理。

下附：质检中心钢岔管振动时效项目取得成功作者：水利部水工金属结构质量检验测试中心水利部水工金属结构质量检验测试中心受新疆伊犁科流域开发建设管理局委托，对新疆恰甫其海水利枢纽工程1#、2#钢岔管进行了振动时效和无损检测工作。

振动时效工艺性验证【摘要】本文简述了振动时效工艺的原理以及工艺特点，并对振动时效的应用及评定进行了详细的分析与探讨。

【关键词】振动时效；工艺；应用前言机械零件在加工过程中由于残余应力的存在，经常发生很大的变形，严重影响了机械产品的精度。

因此，在半精加工后，精加工前必须增加一道除应力工序，千方百计地消除、降低或均化金属构件的残余应力，保证精加工后精度稳定，确保装配精度的要求。

1、振动时效工艺的原理振动时效是通过改变作用于工件上激振器的转速和偏心距产生激振力，使工件发生共振，从而在工件上需要时效的部位产生一定幅度、一定频率的交变运动，使工件吸收振动的能量，在工件内部产生一定的微观粘弹塑性变形，使残余应力得到释放或重新分布。

其实质就是以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件就会发生微观或宏观塑性变形，从而在一定程度上降低和均化工件内部的残余应力，提高工件在使用期的尺寸稳定性及疲劳寿命等性能。

2、振动时效工艺及特点为消除、降低或均化金属构件的残余应力，在生产实践中常采用的方法有三大类：（1）热时效----前期投资大，能源消耗大，时间周期长，且处理后零件氧化严重、变形量较大，精加工前不宜适用。

（2）自然时效----是以前精加工前最为广泛采用的处理方法。

虽然尺寸稳定性好，应力消除较为完全，但周期太长。

需半年以上甚至一年以上，根本不能适应现代快捷的加工要求。

（3）振动时效----工艺十分简单。

它是将一个具有偏心重块的电机系统（称作激振器）安放在待处理的构件上，并将构件用橡皮件等弹性物体支承，通过控制器启动电机并调节其转速，寻找到并精确稳定在亚共振区，使构件处于共振状态。

经过10-20分钟的处理，即可达到消除残余应力的目的。

该技术有一些明显的特点：a.被处理工件的机械性能显著提高。

可以提高构件的抗变形能力，稳定构件的精度，提高机械质量。

b.适用性强，工作方便。

铝合金厚板振动时效工艺以及效果的研究的开题报告一、研究背景随着我国经济的快速发展，高速铁路、航空航天、汽车、船舶等制造业的需求不断增加，对高强度、高韧性、高耐久性的铝合金产品的需求也越来越高。

而铝合金厚板作为一种广泛应用于各种行业的材料，在很大程度上满足了市场的需求。

但是，由于铝合金厚板制造工艺复杂、成本较高，在实际应用中常常会遇到振动疲劳、裂纹扩展等问题，影响产品的使用寿命。

研究铝合金厚板的振动时效工艺可以有效地改善铝合金产品的性能，提高其使用寿命，进而满足市场需求。

因此，针对铝合金厚板振动时效工艺以及效果进行研究，具有重要的现实意义和科学价值。

二、研究目的本研究旨在探索铝合金厚板振动时效工艺的优化方法，提高铝合金产品的性能，减少振动疲劳、裂纹扩展等问题，提高产品使用寿命。

具体目标如下：1. 研究不同的振动时效工艺对铝合金厚板性能的影响。

2. 探究不同工艺参数对铝合金厚板振动时效效果的影响，并对其进行优化。

3. 分析振动时效工艺的优化对铝合金厚板材料、组织和微观结构的影响。

三、研究内容1. 文献综述对铝合金厚板的振动时效工艺相关文献进行综述，了解其发展历程、现状及存在问题、研究现状及进展等。

2. 材料试制选取铝合金厚板样品进行试制，进行振动时效处理，并根据不同处理工艺制备不同的试样。

3. 试验分析采用拉伸试验、硬度试验、金相分析、扫描电镜等测试手段，对样品进行性能测试和结构分析，探究振动时效工艺对铝合金厚板性能的影响。

4. 结果分析根据试验结果进行数据分析，得出结论并进行讨论，提出适合铝合金厚板振动时效的优化工艺方案。

四、研究意义1. 探究铝合金厚板振动时效工艺，为提高铝合金产品的性能，延长生命周期提供技术支持。

2. 优化铝合金厚板振动时效工艺，可以提高产品质量和效率，同时降低生产成本。

3. 研究振动时效工艺对铝合金厚板材料、组织和微观结构的影响，可以为相关领域的开发和研究提供新思路和方向。

五、研究计划和进度安排1. 文献综述：1个月2. 材料试制：2个月3. 试验分析：3个月4. 结果分析：1个月5. 论文撰写：1个月总计：8个月预计完成时间：20xx年xx月。

第六章振动时效效果的判定方法检验振动时效的效果实际上就是检验工件中残余应力是否得以消除和均化，目前对残余应力的测试方法很多，但总的分为两大类。

一类是定量测试：如盲孔法、X射线法、磁测法、喷砂打孔法、切割法、套环法等。

一类是定性测试：如振动参数曲线法、尺寸精度稳定性法等。

本章着重一讲振动曲线法，其它方法都有专门介绍，在此就不再详谈。

第一节常用的几种残余应力测试法1.切割法、套环法：这两种方法的基本原理是一样的，就是在被测点附近，先贴上应变片，然后再用手锯或铣床，在这一点附近切割出方格线，使之与邻近部分分开以释放残余应力，并用应变片测出应变量，再计算出该点处的残余应力值大小。

2.盲孔法：切割法和套环法具有较大的破坏性，因此目前应用较为广泛的残余应力测试方法是钻盲孔法。

钻孔法测量残余应力就是在被测点上钻一小孔，使被测点的应力得到部分或全部释放，并由事先贴在小孔周围的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力。

钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。

并且这种方法具有较好的精度，因此它已成为应用比较广泛的残余应力测试方法之一。

3.X射线法：X射线法测应力的基本原理是，利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象。

在弹性应变作用下，引起晶格间距变化，使衍射条纹产生位移，根据位移的变化即可计算出应力来。

X射线法测应力的特点如下：①它是一种无损测试方法。

②它测量的仅仅是弹性应变而不包括塑应变（因为工件塑性变形时其晶面间距并不改变，不会引起衍射线的位移）。

③被测面直径可以小到1～2mm。

因此可以用于研究一点应力和梯度变化较大的应力分布。

④由于穿透能力的限制，一般只能测深度在10um左右的应力，所以只是表面应力。

⑤对于能给出清晰衍射峰的材料，例如退火后细晶粒材料，本方法可达10Mpa的精度，但对于淬火硬化或冷加工材料，其测量误差将增大许多倍。

4.磁测法：磁测法测量残余应力是近年来发展起来的一种新方法，它具有较大的发展前途，设备简单、使用方便，它不仅可以测残余应力也可以测载荷作用下的应力。

振动时效工艺参数选择及技术要求JB/T5926-91行业标准1. 主题内容与适用范围本标准规定了振动时效工艺参数的选择及技术要求和振动时效效果评定办法。

本标准适用于材质为碳素结构钢，低合金钢，不锈钢，铸铁，有色金属（铜，铝，锌及其合金）等铸件，锻件，焊接件的振动时效处理。

2. 术语2.1 扫频曲线-将激振器的频率缓慢的由小调大的过程称扫频，随着频率的变化，工件振动响应发生变化，反映振动响应与频率之间关系的曲线，称扫频曲线，如a-f 称振幅频率曲线；a-f 称加速度频率曲线。

注：a表示振幅，a表示加速度，f表示频率2.2 激振点-振动时效时，激振器在工件上的卡持点称激振点。

3. 工艺参数选择及技术要求3.1 首先应分析判断出工件在激振频率范围内的振型。

3.2 振动时效装置（设备）的选择。

3.2.1 设备的最大激振频率应大于工件的最低固有频率。

3.2.2 设备的最大激振频率小于工件的最低固有频率时，应采取倍频（或称分频），降频等措施。

3.2.3 设备的激振力应能使工件内产生的最大动应力为工作应力的1/3~2/3。

3.2.4 设备应具备自动扫频，自动记录扫频曲线，指示振动加速度值和电机电流值的功能，稳速精度应达到±1r/min。

3.3 工件支撑，激振器的装卡和加速度计安装3.3.1 为了使工件处于自由状态，应采取三点或四点弹性支撑工件，支撑位置应在主振频率的节线处或附近。

为使工件成为两端简支或悬臂，则应采取刚性装卡。

3.3.2 激振器应刚性地固定在工件的刚度较强或振幅较大处，但不准固定在工件的强度和刚度很低部位（如大的薄板平面等）。

3.3.3 悬臂装卡的工件，一般应掉头进行第二次振动时效处理，特大工件，在其振动响应薄弱的部位应进行补振。

3.3.4 加速度计应安装在远离激振器并且振幅较大处。

3.4 工件的试振3.4.1 选择试振的工件不允许存在缩孔，夹渣，裂纹，虚焊等严重缺陷。

3.4.2 选择激振器偏心档位，应满足使工件产生较大振幅和设备不过载的要求，必要时先用手动旋钮寻找合适的偏心档位。

振动时效消除应力引言振动时效是一种通过振动作用来消除金属材料内部应力的方法。

在金属材料加工、焊接、热处理等过程中，常常会产生各种应力，如残余应力、应力集中等。

这些应力不仅会影响材料性能和使用寿命，还可能导致材料发生变形、开裂等问题。

振动时效是通过施加一定的振动载荷来调控金属材料的内部结构，以达到消除应力的目的。

本文将介绍振动时效的原理、应用范围和效果评估方法。

一、振动时效原理振动时效是基于振动疲劳原理而发展起来的一种技术。

振动载荷可以有效地改变金属材料的内部结构，进而改善其力学性能。

具体来说，振动时效的原理可以归纳为以下几个方面：1. 相互作用原理：振动载荷作用下，材料内部的晶界、位错、空位等缺陷会发生移动和聚合，从而消除应力集中。

2. 晶粒细化效应：振动时效可以通过晶界间的滑动和重排，使晶粒得到细化和均匀分布，从而提高材料的强度和韧性。

3. 相变效应：振动时效可以引发材料内部的相变，如固相析出、溶质冷凝等，从而改变材料的组织结构和性能。

二、振动时效的应用范围振动时效可以在多个领域中得到应用，以下是一些常见的应用范围：1. 金属材料加工：在金属材料的加工过程中，常常会产生残余应力，例如锻造、轧制、拉伸等过程。

通过施加一定的振动载荷，可以有效地消除这些残余应力，减小材料的变形和开裂风险。

2. 焊接工艺：焊接过程中会产生大量的热应力和残余应力，严重影响焊接接头的性能。

振动时效可以通过调节焊接区域的应力分布，减小残余应力，提高焊接接头的强度和韧性。

3. 金属热处理：金属热处理过程中常常会产生应力，如淬火应力、回火应力等。

振动时效可以在热处理过程中施加振动载荷，使得应力得到释放和调整，从而得到更好的组织和性能。

三、振动时效效果评估方法评估振动时效效果的方法有很多种，下面介绍几种常用的方法：1. X射线衍射：通过对振动时效后的材料进行X射线衍射分析，可以得到材料的晶体结构、残余应力等信息，从而评估振动时效的效果。

机械制造中振动时效的理论与实践1振动时效的理论振动时效工艺，国外称为“VSR”方法。

是利用亚共振原理消除和均化金属结构内部残余应力，获得结构尺寸精度稳定的一种新技术，可取代传统的热时效和自然时效工艺，具有节能高效、节资省时、适应性强、使用方便、清洁生产的优点。

振动时效消除应力速度快，成本比通常的热处理方法降低90％，此外，还可使焊件、铸件或机加工件的尺寸偏差缩小1倍～2倍。

它可以广泛用于机械制造行业对铸锻件、焊接件进行时效处理，具有显著的经济效益和社会效益。

振动时效是在激振器所产生的周期性外力——激振力作用下迫使工件在其共振范围内产生共振，在此过程中，当周期性载荷δd+δr>δs时，在工件内残余应力的高峰值处产生局部屈服，引起微小塑性变形，使得工件内部残余应力高峰值降低并使残余应力重新均化分布，从而达到强化金属基体、增强抗变形能力、提高工件尺寸精度稳定性的目的。

振动时效从作用上讲是以机械能形式给工件提供振动能量，增大金属内部原子的振动幅度，加快畸变晶格排列趋于平衡，振动时效从形式上讲是通过对工件施加略低于材料屈服极限的动应力，人为造成工件“变形”提前发生，从而获得工件在其精加工之后不再发生变形的效果。

这是振动时效保证工件精加工后尺寸精度稳定的根本原因。

总的来说，振动时效就是利用共振来迫使金属晶格滑移，促使工件内部残余应力释放。

因为共振所产生的机械能在单位时间内远比热时效和自然时效大得多，所以释放应力的速度比二者也快得多。

2振动时效的效果评定振动时效的效果评定方法有3种：(1)振动参数曲线观察法，(2)残余应力检测法，(3)尺寸稳定性检测法。

通过理论分析和试验证明，由于残余应力下降，最终使结构的阻尼减小，弹性模量降低，从而使固有频率下降、频带宽减小和振幅上升。

因此用这些参数评价残余应力是否下降是较可信的，但如果工件结构复杂，某些子结构在一些相位和方向上进行的不同于主结构的振动必然会影响到拾振器，从而影响幅频曲线的形貌，这些影响要加以考虑。