全自動振動時效裝置操作規程

㈠ 振動時效裝置的振動時效優點

HK2000振動時效現場

振動時效消除殘余應力的方法最早來自於通過錘擊物體從而釋放殘余應力的生活實踐，
通過用外加振動的方法施加給存在殘余應力的構件一個循環載荷， 使構件在循環載荷的作用下產生塑性變形， 實現發生塑性變形的部分殘余應力實現釋放， 穩定構件的尺寸，
提高精度的作用。目前根據施加循環載荷的頻率的不同， 將振動時效分為低頻振動時效、高頻振動時效和超聲振動時效。

低頻振動時效一般是指施加的頻率為以下的時效振動， 如圖所示為簡化版的低頻振動時效的圖像， 其中為橡膠墊， 為帶有殘余應力的構件，
為激振器，為感測器。其中激振器由一般由電機和偏心機構構成， 用於提供振動時效所需頻率的激振應力， 而感測器用於採集構件在激振器作用下整體的振幅或頻率等，
對於較完善的低頻振動時效設備， 還應具有反饋環節， 對採集的振幅、頻率等信號進行處理， 通過分析調整激振器施加的頻率以及激振力，
因為在共振條件下構件振動**劇烈， 振動效果**好，因此**理想的使用結果是使激振頻率接近構件的固有頻率， 從而得到**佳的激振效果。

高頻振動時效一般是指機械振動頻率大於的振動， 其中哈爾濱工程大學的潭定忠、張厚琛等人通過磁致伸縮換能器振子提供高頻振動，
實驗研究了高頻振動對於消除偉接殘余應力的作用浙江大學賈叔仕、王建武等人在其文獻屮提到利用高頻**磁致伸縮激振器提供高頻振動並搭建了高頻激振時效裝置，
通過實驗證明了高頻振動在消除構件殘余應力中的作用。

超聲振動時效一般是指振動頻率大於的超聲頻率， 超聲振動時效也可認為是一種高頻振動時效，
但更多的學者願意將其單獨歸為超聲范圍的振動時效。它是利用超聲波發生器、超聲波換能器以及超聲波變幅桿等設備組成的超聲振動系統。其中超聲波發生器將提供的交流電轉換為高頻的交流電信號，
這個信號必須與超聲波換能器相匹配， 超聲波換能器將交流電信號轉換成縱向的機械振動， **後通過變幅桿的特殊設計，
起到機械振動振幅放大的作用。將此放大振幅的機械振動作為超聲頻率的循環載荷施加到具有殘余應力的工件上，
當滿足構件內部存在的殘余應力和施加給構件的超聲頻基於超聲波振動時效的細金屬絲去應力成形技術研究率的激振應力之和大於構件屈服極限的條件， 使構件發生塑性變形，
**終達到消除構件內部殘余應力的目的。

相對於自然時效和熱時效等傳統的消除殘余應力的方法， 振動時效具有自身不可替代的優點，
因此得到了快速的發展以及大面積的應用。由於自然時效方法基本被淘汰，我們這里主要針對熱時效方法進行比較， 具體的優勢如下所示：

• 可在工序任何步驟施加
  熱時效法一般均是發生在精加工之前的工序， 精加工之後便不能進行熱時效的方法消除殘余應力，
  而振動時效卻可以靈活的運用到各個步驟中。

• 操作簡便
  熱時效一般需要設計與之匹配的加熱設備以及保溫設備， 而且這些設備一般是固定在具體位置不做移動的，
  而相比較而言， 振動時效設備相對較小， 能夠自由帶到操作現場， 載入到構件需要的位置上。

• 能耗低、無污染
  熱時效需要為加熱設備加熱， 以及進行後續的保溫處理， 這必然會浪費大量的能源，
  並造成對環境的破壞， 而振動時效能耗相對熱時效較少， 且對環境無污染。

• 耗時少
  一般的熱時效方法經過加熱處理、保溫處理後， 會耗時超過小時，而相對而言， 振動時效耗時一般在分鍾之內，
  對於目前比較熱門的超聲振動時效一般只需幾分鍾。

㈡ 振動時效裝置的振動時效的特點

振動時效的實質是以共振的形式給工件施加附加動應力，當附加動應力與殘余應力疊加後，達到或超過材料的屈服極限時，工件發生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內部的殘余應力，並使其尺寸精度達到穩定。
振動時效之所以得到各方面的普遍重視，是由於它具有如下的特點：
1、 投資少。與熱時效相比，它無需龐大的時效爐，可節省佔地面積與昂貴的設備投資。現代工業中的大型鑄件與焊接件，如採用熱時效消除應力則需建造大型時效爐，不僅造價昂貴、利用率低，而且爐內溫度很難均勻，消除應力效果差。採用振動時效可以完全避免這些問題。
2、 生產周期短。自然時效至少需經幾個月的長期放置，熱時效亦需經數十小時的周期方能完成，而振動時效一般只需振動數十分鍾即可完成。而且，振動時效不受場地限制，可減少工件在時效前後的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產線上，不僅使生產安排更緊湊，而且可以消除加工過程中產生的就愛工應力。
3、 使用方便。振動時效設備體積小、重量輕，便於攜帶。一套設備裝置本身全套總重也不過65KG。由於振動時效處理不受場地限制，振動裝置又可攜至現場。所以這種工藝與熱時效相比，使用簡便、靈活。
4、 適應性強。它不受工件大小和材質的限制，從幾公斤至幾百噸的工件都可方便地使用振動時效技術，特別對於一些大、中型工件和熱時效變形嚴重的工件，振動時效就更能顯出其優越性能。
5、 節約能源，降低成本。在工件的共振頻率下進行時效處理，耗能極小。實踐證明，功率與0.25至1馬力的機械式激振器可振動150噸以下的工件。故粗略計算其能源消耗僅為熱時效的3~5%,成本僅為熱時效的8~10%。
6、 機械性能顯著提高。經過振動處理的工件其殘余應力可以被消除30%~55%左右，高拉應力區消除的比例比低應力區大。因此可以提高工件使用強度和疲勞壽命，降低應力腐蝕。可以防止或減少由於熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的產生。可以提高工件抗變形的能力，穩定工件的精度，提高工件的精度，提高機械性能。
7、 符合環保要求。整個時效過程避免了熱時效的煙氣粉塵廢渣等污染源。
8、 其它。振動時效操作簡便，易於實現機械化自動化。可避免金屬零件在熱時效過程中產生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。

㈢ 振動時效的國家標准

中華人民共和國國家標准GB/T25712-2010 《振動時效工藝參數選擇及效果評定方法》於2010-12-23發布，將於2011-7-1實施
本標准由：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標准化管理委員會發布
標准前言： 本標准按照GB/T1.1-2009給出的規則起草
本標准由中國機械工業聯合會提出
本標准由全國鑄造機械標准化技術委員會（SAC/TC186）歸口
本標准主要起草人：湯小牛、劉久明、盧軍
振動時效工藝參數選擇及效果評定方法 1范圍 本標准規定了振動時效工藝參數的選擇及技術要求和振動時效效果評定方法。 本標准適用於碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鈦及其合金）等材質的鑄件、鍛件、焊接件、模具、機加工件的振動時效工藝及其裝置。 2規范性引用文件 下列文件對於本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用於本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用於本文件。 GB/T×××× 機械式振動時效裝置（同期報批） 3術語和定義 GB/T××××中確立的以及下列術語和定義適用於本標准。 3.1 全程掃頻和局部掃頻 Span scanning & local scanning 時效裝置從最低轉速到當前偏心矩下最大轉速全范圍內掃頻稱全程掃頻。 時效裝置在當前偏心矩下某一段轉速范圍內掃頻稱局部掃頻。 3.2 振型 Vibration mode 工件受某一頻率激勵產生共振，在其某一點位移達到最大值的瞬間，工件各點的位移形成的線或面稱為振型。 3.3 節點和節線 Vibration node & Vibration nodal line 工件共振時，振型上振幅最小處稱為該振型的節點，簡稱節點。 節點連成的線稱為該振型的節線，簡稱節線。共振時，工件可能有多個節點或節線。 3.4 振型有效區 Effective area of vibration mode 工件共振時，在工件相鄰節線之間或相交節線所圍區域內，其動應力等效值在該區域內動應力等效值峰值的0.707倍以上的區域稱為該振型的振型有效區，簡稱振型有效區。 3.5 有效頻率和有效振型 Effective vibration frequency & Effective vibration mode 工件以某頻率共振，若其振型有效區能覆蓋工件被重點關注區域或其殘余應力較大區域，則該頻率對應的振型稱為有效振型，該共振頻率稱為有效頻率。 3.6 時效頻率 Eging frequency 當選定某一有效振型對工件進行時效時，為使振型有效區的動應力等效值峰值達到一定數值，在該有效振型對應的有效頻率的亞共振頻率區內具體選擇的激振頻率稱為時效頻率。 3.7 殘余應力等效值 Equivalent resial stress

㈣ 振動時效設備的振動時效組成

振動時效設備主要有激振器、感測器、控制器三部分組成。
激振器介紹
激振器主要有調速電機、偏心塊和偏心箱組成，電機的轉速及升降的速度是由控制器來控制的，電機內部帶有測速裝置，將電機的實際轉速測定後輸給微機，以實現對電機的轉速反饋控制，工作的振動時效處理。電動機帶動偏心量可調的偏心塊運轉，產生一定的周期激振力，激振力通過偏心箱作用在被時效的工件上，以實現對工作的振動時效處理。所以激振器是振動時效的執行部分，對工件進行振動時效處理。
控制器介紹
控制器一般由CPU板、控制板、外圍硬體、顯示板和列印機等組成。原有的控制器一般是通過大量的電子元件之間的控制實現控制器的最基本的控制功能，華雲HK系列全自動專家系統型振動時效裝置，將這種控制改用計算機程序來代替，這樣電子元件的個數減少2/3，同時在程序中編有一個振動時效專家系統，幫助使用者來確定各種時效參數。所以控制器是振動時效設備的心臟，它的主要功能是控制激振器上的電動機按操作者得指令要求運轉，並把測得的有關數據給予顯示和列印，控制器的技術指標代表著整體設備的水平。
感測器介紹
感測器將工件的實際振動變成電信號傳輸給微機處理，幫助微機實現對工件的振動監視，用來測試工件的振動情況。

㈤ 振動時效裝置的振動時效原理

振動時效又稱振動振抄動消除應力法，是將工件（包括鑄件、鍛件、焊接構件等）在其固有頻率下進行數十分鍾的振動處理，消除和均化其殘余應力，使尺寸精度獲得穩定的一種方法。這種工藝具有耗能少、時間短、效果顯著等特點。近年來在國內外已得到迅速的發展和廣泛的應用。

㈥ 振動時效的常見問題

由於部分用戶對振動時效的機理不甚了解，盲目使用一些簡易的（所謂「全自動振動時效」）振動時效設備對產品進行時效。這種完全不針對工件個性、僅按照振動時效設備生產者預置的參數，對各種工件均採用一種或幾種工藝參數進行時效的方法，會導致被時效工件出現下列幾種情況：
1.1． 假時效：工件未發生共振或振幅很小或者雖然振幅較大，但工件整體做剛體振動或擺動，「全自動振動時效設備」也能按照預置的程序列印或輸出各種時效參數、曲線，誤導操作者和工藝員判斷，這樣工件根本沒有達到時效的效果；
1.2． 誤時效：工件雖然產生共振，但是發生的振型與工件所需要的振型不一致，動應力沒有加到工件需去應力的部位，這樣不能使工件達到預期的時效目的，影響時效的效果;
1.3． 過時效：由於不針對工件個性採用合理的時效參數，完全照盲目預置的參數，對工件進行時效，可能會因為共振過於強烈或振幅過大，導致工件內部的缺陷（裂紋、夾渣、氣孔、縮松等）繼續擴大、撕裂，甚至報廢的嚴重後果。
2、 振動時效的工藝分析
由上述的振動時效工藝的現狀可以看出：用盲目的全自動振動時效工藝對工件時效處理是偽科學的，這不僅不能使工件達到時效目的，還會因此出現嚴重的後果，造成工件開裂，甚至機毀人亡。
那麼，什麼樣的振動時效工藝才是科學的呢？
首先，應在時效前分析工件的殘余應力分布情況，形位精度要求，以及今後的工作載荷和可能失效的原因等，制訂合理的振動時效工藝，確定時效路線及重點時效部位。
2.1． 形位精度分析：
根據工件直線度、圓柱度、平面度、同軸度、對稱度等，應採取不同的激振力，選用不同的振型。
2.2． 共振頻率分析：
根據工件強度、剛性、批量選擇不同支撐方式或採用振動平台進行處理。
3.3． 振型分析：
不同的頻率對應不同的振型，不同的振型對應不同動應力場。
2.4． 工作載荷： 針對工件今後的工作變形狀況，應重點消除工況狀態工件載荷較大部位的殘余應力，選用與之相對應的振型進行時效處理。
2.5． 工況失效分析：根據今後可能出現的問題，應選用不同的激振力不同的時間進行時效處理。
其次，應根據被時效的工件，科學地選擇振動時效設備。不應該選擇一些簡易的、所謂「全自動振動時效設備」；而應該深入了解振動時效機理後，通過比較選擇這樣的振動時效設備：
a) 運行穩定、轉速閉環控制、定速可靠、在線列印、性價比高：
b) 強弱電隔離、自我保護功能強、故障率低、易於維修：
c) 操作方便、能夠人機對話，並能通過面板輸入口令設置設備運行參數， 而不需要改變硬體設置：
d) 不論使用何種操作模式（手動、半自動、全自動、編程）均能實現多峰值自動識別、多振型時效，並能實現局部掃描、局部列印；並且能針對工件的個性，採用超級手動（可根據操作者的經驗及意願直接快速完成振前掃描、列印、識別、時效、振後掃描）完成有用峰的振動時效，避免處理無用峰；而且還能夠通過超級手動找出大量工藝參數，作科學的分析，找出相同零件的共性，迅速、方便地在面板上編製程序並儲存，以便今後隨時調用對工件科學全自動的時效處理；
e) 能遙控操作：對大型零件，能使操作者一邊觸摸觀察工件的情況，一邊遠距離操控設備，調整運行參數，完成時效的全過程；同時還能讓操作者遠離雜訊，保護操作者。
焊接構件的振動時效技術是對已焊接成型的構件進行處理，用以降低和均化由於焊接造成的殘余應力。而振動焊接是首先將被焊構件進行振動，且邊振動邊焊接，直至焊完為止。這種振動是在一定頻率范圍內的輕微振動，其作用如下：首先，當焊縫金屬在溶溶狀態時，振動可以使組織發生變化，晶粒得以細化。焊縫晶粒細化必將使材料力學性能得到提高，其次在有溫度作用下，焊縫處於材料屈服極限很低，因此振動很容易使熱應力場得到緩解，極易發生熱塑性變形，而釋放受約束得應變，使應力場梯度減少。故使最後的焊縫殘余應力得到降低和均化、平緩，降低應力集中，提高焊接質量。因此振動焊接可以有效的防止焊接裂紋和變形，提高構件的疲勞壽命，增強機械性能。
關於振動焊接技術
振動焊接技術是在振動時效技術的基礎上發展起來的，但振動焊接技術的作用明顯優於振動時效技術。振動時效技術是在構件焊好後使用的處理技術，只能對焊接殘余應力起到降低和均化作用。而振動焊接技術從焊接開始就起到細化晶粒的作用，接著在熱狀態下通過熱塑性變形來調整應變來降低殘余應力。因此，可以說振動焊接從一開始就起到了防止焊接裂紋和減少變形的作用。提高焊接質量是優於振動時效技術的最突出優點。做為振動焊接技術，它並不要求構件必須達到共振狀態，只要達到某一頻率范圍內且具有一定的振幅就可以，因此振動焊接技術可以在任何構件上使用。特別是在大型結構件焊接修復時，振動焊接技術就可以完全實現，焊後不在使用熱時效處理。 在這里說明的是「振動焊接技術」包括兩個方面，即「焊接技術」與「振動焊接技術」兩個內容。「焊接技術」就是正常的焊接技術，而「振動焊接技術」就是在焊接過程中根據不同的工件施加一種不同參數的機械振動。
振動焊接技術特點
振動焊接技術的特點決定了該項技術的適用性，各種實驗證明了該項技術有如下特點： 1、焊接結晶過程可使晶粒細化，因此使焊縫材料力學性能顯著提高，材料的屈服極限σs、強度極限σь 均可提高10%～30%，這有助於防止焊接熱裂紋和冷裂紋的發生。 2、降低焊接應應力30%以上，這有助於防止或減少焊接構件使用中發生裂紋，延長使用壽命，穩定構件的尺寸精度。 3、降低變形30%以上，如果採用「予鋼度法」和予應力法則變形可降低60%以上，達到設計要求。 4、由於晶粒細化和殘余應力的降低，提高了焊縫斷裂韌性20%以上，極大的提高焊縫的抗開裂能力。 5、提高疲勞極限15%以上，提高焊縫疲勞壽命70%以上。這是各種效果的綜合值，提高使用壽命這也是各種附加工藝所追求的最終目標。 6、減少沙眼、跳焊等，使焊縫紋理細密，減少根部的應力集中，顯著提高焊接質量。 7、可免除焊接預熱過程或降低預熱溫度。 8、可排除焊後的熱時效或振動時效處理。 9、顯著的防治或減少焊接裂紋，這是振動焊接技術最突出的特點。 根據上述，可以說振動焊接技術在所有技術的焊接過程中均可應用，特別是對於焊接中易出現裂紋和變形的構件應最先選用振動焊接技術。
由於振動焊接技術工藝參數只有頻率和振幅，而不需要更多的調整，其設備操作簡單方便，而且該設備應具備振動時效的功能。