全自动振动时效装置操作规程

㈠ 振动时效装置的振动时效优点

HK2000振动时效现场

振动时效消除残余应力的方法最早来自于通过锤击物体从而释放残余应力的生活实践，
通过用外加振动的方法施加给存在残余应力的构件一个循环载荷， 使构件在循环载荷的作用下产生塑性变形， 实现发生塑性变形的部分残余应力实现释放， 稳定构件的尺寸，
提高精度的作用。目前根据施加循环载荷的频率的不同， 将振动时效分为低频振动时效、高频振动时效和超声振动时效。

低频振动时效一般是指施加的频率为以下的时效振动， 如图所示为简化版的低频振动时效的图像， 其中为橡胶垫， 为带有残余应力的构件，
为激振器，为传感器。其中激振器由一般由电机和偏心机构构成， 用于提供振动时效所需频率的激振应力， 而传感器用于采集构件在激振器作用下整体的振幅或频率等，
对于较完善的低频振动时效设备， 还应具有反馈环节， 对采集的振幅、频率等信号进行处理， 通过分析调整激振器施加的频率以及激振力，
因为在共振条件下构件振动**剧烈， 振动效果**好，因此**理想的使用结果是使激振频率接近构件的固有频率， 从而得到**佳的激振效果。

高频振动时效一般是指机械振动频率大于的振动， 其中哈尔滨工程大学的潭定忠、张厚琛等人通过磁致伸缩换能器振子提供高频振动，
实验研究了高频振动对于消除伟接残余应力的作用浙江大学贾叔仕、王建武等人在其文献屮提到利用高频**磁致伸缩激振器提供高频振动并搭建了高频激振时效装置，
通过实验证明了高频振动在消除构件残余应力中的作用。

超声振动时效一般是指振动频率大于的超声频率， 超声振动时效也可认为是一种高频振动时效，
但更多的学者愿意将其单独归为超声范围的振动时效。它是利用超声波发生器、超声波换能器以及超声波变幅杆等设备组成的超声振动系统。其中超声波发生器将提供的交流电转换为高频的交流电信号，
这个信号必须与超声波换能器相匹配， 超声波换能器将交流电信号转换成纵向的机械振动， **后通过变幅杆的特殊设计，
起到机械振动振幅放大的作用。将此放大振幅的机械振动作为超声频率的循环载荷施加到具有残余应力的工件上，
当满足构件内部存在的残余应力和施加给构件的超声频基于超声波振动时效的细金属丝去应力成形技术研究率的激振应力之和大于构件屈服极限的条件， 使构件发生塑性变形，
**终达到消除构件内部残余应力的目的。

相对于自然时效和热时效等传统的消除残余应力的方法， 振动时效具有自身不可替代的优点，
因此得到了快速的发展以及大面积的应用。由于自然时效方法基本被淘汰，我们这里主要针对热时效方法进行比较， 具体的优势如下所示：

• 可在工序任何步骤施加
  热时效法一般均是发生在精加工之前的工序， 精加工之后便不能进行热时效的方法消除残余应力，
  而振动时效却可以灵活的运用到各个步骤中。

• 操作简便
  热时效一般需要设计与之匹配的加热设备以及保温设备， 而且这些设备一般是固定在具体位置不做移动的，
  而相比较而言， 振动时效设备相对较小， 能够自由带到操作现场， 加载到构件需要的位置上。

• 能耗低、无污染
  热时效需要为加热设备加热， 以及进行后续的保温处理， 这必然会浪费大量的能源，
  并造成对环境的破坏， 而振动时效能耗相对热时效较少， 且对环境无污染。

• 耗时少
  一般的热时效方法经过加热处理、保温处理后， 会耗时超过小时，而相对而言， 振动时效耗时一般在分钟之内，
  对于目前比较热门的超声振动时效一般只需几分钟。

㈡ 振动时效装置的振动时效的特点

振动时效的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加动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部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。
振动时效之所以得到各方面的普遍重视，是由于它具有如下的特点：
1、 投资少。与热时效相比，它无需庞大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。现代工业中的大型铸件与焊接件，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。采用振动时效可以完全避免这些问题。
2、 生产周期短。自然时效至少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。而且，振动时效不受场地限制，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，不仅使生产安排更紧凑，而且可以消除加工过程中产生的就爱工应力。
3、 使用方便。振动时效设备体积小、重量轻，便于携带。一套设备装置本身全套总重也不过65KG。由于振动时效处理不受场地限制，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、灵活。
4、 适应性强。它不受工件大小和材质的限制，从几公斤至几百吨的工件都可方便地使用振动时效技术，特别对于一些大、中型工件和热时效变形严重的工件，振动时效就更能显出其优越性能。
5、 节约能源，降低成本。在工件的共振频率下进行时效处理，耗能极小。实践证明，功率与0.25至1马力的机械式激振器可振动150吨以下的工件。故粗略计算其能源消耗仅为热时效的3~5%,成本仅为热时效的8~10%。
6、 机械性能显著提高。经过振动处理的工件其残余应力可以被消除30%~55%左右，高拉应力区消除的比例比低应力区大。因此可以提高工件使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀。可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的产生。可以提高工件抗变形的能力，稳定工件的精度，提高工件的精度，提高机械性能。
7、 符合环保要求。整个时效过程避免了热时效的烟气粉尘废渣等污染源。
8、 其它。振动时效操作简便，易于实现机械化自动化。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。

㈢ 振动时效的国家标准

中华人民共和国国家标准GB/T25712-2010 《振动时效工艺参数选择及效果评定方法》于2010-12-23发布，将于2011-7-1实施
本标准由：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会发布
标准前言： 本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草
本标准由中国机械工业联合会提出
本标准由全国铸造机械标准化技术委员会（SAC/TC186）归口
本标准主要起草人：汤小牛、刘久明、卢军
振动时效工艺参数选择及效果评定方法 1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方法。 本标准适用于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、钛及其合金）等材质的铸件、锻件、焊接件、模具、机加工件的振动时效工艺及其装置。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T×××× 机械式振动时效装置（同期报批） 3术语和定义 GB/T××××中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 全程扫频和局部扫频 Span scanning & local scanning 时效装置从最低转速到当前偏心矩下最大转速全范围内扫频称全程扫频。 时效装置在当前偏心矩下某一段转速范围内扫频称局部扫频。 3.2 振型 Vibration mode 工件受某一频率激励产生共振，在其某一点位移达到最大值的瞬间，工件各点的位移形成的线或面称为振型。 3.3 节点和节线 Vibration node & Vibration nodal line 工件共振时，振型上振幅最小处称为该振型的节点，简称节点。 节点连成的线称为该振型的节线，简称节线。共振时，工件可能有多个节点或节线。 3.4 振型有效区 Effective area of vibration mode 工件共振时，在工件相邻节线之间或相交节线所围区域内，其动应力等效值在该区域内动应力等效值峰值的0.707倍以上的区域称为该振型的振型有效区，简称振型有效区。 3.5 有效频率和有效振型 Effective vibration frequency & Effective vibration mode 工件以某频率共振，若其振型有效区能覆盖工件被重点关注区域或其残余应力较大区域，则该频率对应的振型称为有效振型，该共振频率称为有效频率。 3.6 时效频率 Eging frequency 当选定某一有效振型对工件进行时效时，为使振型有效区的动应力等效值峰值达到一定数值，在该有效振型对应的有效频率的亚共振频率区内具体选择的激振频率称为时效频率。 3.7 残余应力等效值 Equivalent resial stress

㈣ 振动时效设备的振动时效组成

振动时效设备主要有激振器、传感器、控制器三部分组成。
激振器介绍
激振器主要有调速电机、偏心块和偏心箱组成，电机的转速及升降的速度是由控制器来控制的，电机内部带有测速装置，将电机的实际转速测定后输给微机，以实现对电机的转速反馈控制，工作的振动时效处理。电动机带动偏心量可调的偏心块运转，产生一定的周期激振力，激振力通过偏心箱作用在被时效的工件上，以实现对工作的振动时效处理。所以激振器是振动时效的执行部分，对工件进行振动时效处理。
控制器介绍
控制器一般由CPU板、控制板、外围硬件、显示板和打印机等组成。原有的控制器一般是通过大量的电子元件之间的控制实现控制器的最基本的控制功能，华云HK系列全自动专家系统型振动时效装置，将这种控制改用计算机程序来代替，这样电子元件的个数减少2/3，同时在程序中编有一个振动时效专家系统，帮助使用者来确定各种时效参数。所以控制器是振动时效设备的心脏，它的主要功能是控制激振器上的电动机按操作者得指令要求运转，并把测得的有关数据给予显示和打印，控制器的技术指标代表着整体设备的水平。
传感器介绍
传感器将工件的实际振动变成电信号传输给微机处理，帮助微机实现对工件的振动监视，用来测试工件的振动情况。

㈤ 振动时效装置的振动时效原理

振动时效又称振动振抄动消除应力法，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十分钟的振动处理，消除和均化其残余应力，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。近年来在国内外已得到迅速的发展和广泛的应用。

㈥ 振动时效的常见问题

由于部分用户对振动时效的机理不甚了解，盲目使用一些简易的（所谓“全自动振动时效”）振动时效设备对产品进行时效。这种完全不针对工件个性、仅按照振动时效设备生产者预置的参数，对各种工件均采用一种或几种工艺参数进行时效的方法，会导致被时效工件出现下列几种情况：
1.1． 假时效：工件未发生共振或振幅很小或者虽然振幅较大，但工件整体做刚体振动或摆动，“全自动振动时效设备”也能按照预置的程序打印或输出各种时效参数、曲线，误导操作者和工艺员判断，这样工件根本没有达到时效的效果；
1.2． 误时效：工件虽然产生共振，但是发生的振型与工件所需要的振型不一致，动应力没有加到工件需去应力的部位，这样不能使工件达到预期的时效目的，影响时效的效果;
1.3． 过时效：由于不针对工件个性采用合理的时效参数，完全照盲目预置的参数，对工件进行时效，可能会因为共振过于强烈或振幅过大，导致工件内部的缺陷（裂纹、夹渣、气孔、缩松等）继续扩大、撕裂，甚至报废的严重后果。
2、 振动时效的工艺分析
由上述的振动时效工艺的现状可以看出：用盲目的全自动振动时效工艺对工件时效处理是伪科学的，这不仅不能使工件达到时效目的，还会因此出现严重的后果，造成工件开裂，甚至机毁人亡。
那么，什么样的振动时效工艺才是科学的呢？
首先，应在时效前分析工件的残余应力分布情况，形位精度要求，以及今后的工作载荷和可能失效的原因等，制订合理的振动时效工艺，确定时效路线及重点时效部位。
2.1． 形位精度分析：
根据工件直线度、圆柱度、平面度、同轴度、对称度等，应采取不同的激振力，选用不同的振型。
2.2． 共振频率分析：
根据工件强度、刚性、批量选择不同支撑方式或采用振动平台进行处理。
3.3． 振型分析：
不同的频率对应不同的振型，不同的振型对应不同动应力场。
2.4． 工作载荷： 针对工件今后的工作变形状况，应重点消除工况状态工件载荷较大部位的残余应力，选用与之相对应的振型进行时效处理。
2.5． 工况失效分析：根据今后可能出现的问题，应选用不同的激振力不同的时间进行时效处理。
其次，应根据被时效的工件，科学地选择振动时效设备。不应该选择一些简易的、所谓“全自动振动时效设备”；而应该深入了解振动时效机理后，通过比较选择这样的振动时效设备：
a) 运行稳定、转速闭环控制、定速可靠、在线打印、性价比高：
b) 强弱电隔离、自我保护功能强、故障率低、易于维修：
c) 操作方便、能够人机对话，并能通过面板输入口令设置设备运行参数， 而不需要改变硬件设置：
d) 不论使用何种操作模式（手动、半自动、全自动、编程）均能实现多峰值自动识别、多振型时效，并能实现局部扫描、局部打印；并且能针对工件的个性，采用超级手动（可根据操作者的经验及意愿直接快速完成振前扫描、打印、识别、时效、振后扫描）完成有用峰的振动时效，避免处理无用峰；而且还能够通过超级手动找出大量工艺参数，作科学的分析，找出相同零件的共性，迅速、方便地在面板上编制程序并储存，以便今后随时调用对工件科学全自动的时效处理；
e) 能遥控操作：对大型零件，能使操作者一边触摸观察工件的情况，一边远距离操控设备，调整运行参数，完成时效的全过程；同时还能让操作者远离噪声，保护操作者。
焊接构件的振动时效技术是对已焊接成型的构件进行处理，用以降低和均化由于焊接造成的残余应力。而振动焊接是首先将被焊构件进行振动，且边振动边焊接，直至焊完为止。这种振动是在一定频率范围内的轻微振动，其作用如下：首先，当焊缝金属在溶溶状态时，振动可以使组织发生变化，晶粒得以细化。焊缝晶粒细化必将使材料力学性能得到提高，其次在有温度作用下，焊缝处于材料屈服极限很低，因此振动很容易使热应力场得到缓解，极易发生热塑性变形，而释放受约束得应变，使应力场梯度减少。故使最后的焊缝残余应力得到降低和均化、平缓，降低应力集中，提高焊接质量。因此振动焊接可以有效的防止焊接裂纹和变形，提高构件的疲劳寿命，增强机械性能。
关于振动焊接技术
振动焊接技术是在振动时效技术的基础上发展起来的，但振动焊接技术的作用明显优於振动时效技术。振动时效技术是在构件焊好后使用的处理技术，只能对焊接残余应力起到降低和均化作用。而振动焊接技术从焊接开始就起到细化晶粒的作用，接着在热状态下通过热塑性变形来调整应变来降低残余应力。因此，可以说振动焊接从一开始就起到了防止焊接裂纹和减少变形的作用。提高焊接质量是优於振动时效技术的最突出优点。做为振动焊接技术，它并不要求构件必须达到共振状态，只要达到某一频率范围内且具有一定的振幅就可以，因此振动焊接技术可以在任何构件上使用。特别是在大型结构件焊接修复时，振动焊接技术就可以完全实现，焊后不在使用热时效处理。 在这里说明的是“振动焊接技术”包括两个方面，即“焊接技术”与“振动焊接技术”两个内容。“焊接技术”就是正常的焊接技术，而“振动焊接技术”就是在焊接过程中根据不同的工件施加一种不同参数的机械振动。
振动焊接技术特点
振动焊接技术的特点决定了该项技术的适用性，各种实验证明了该项技术有如下特点： 1、焊接结晶过程可使晶粒细化，因此使焊缝材料力学性能显著提高，材料的屈服极限σs、强度极限σь 均可提高10%～30%，这有助于防止焊接热裂纹和冷裂纹的发生。 2、降低焊接应应力30%以上，这有助于防止或减少焊接构件使用中发生裂纹，延长使用寿命，稳定构件的尺寸精度。 3、降低变形30%以上，如果采用“予钢度法”和予应力法则变形可降低60%以上，达到设计要求。 4、由于晶粒细化和残余应力的降低，提高了焊缝断裂韧性20%以上，极大的提高焊缝的抗开裂能力。 5、提高疲劳极限15%以上，提高焊缝疲劳寿命70%以上。这是各种效果的综合值，提高使用寿命这也是各种附加工艺所追求的最终目标。 6、减少沙眼、跳焊等，使焊缝纹理细密，减少根部的应力集中，显著提高焊接质量。 7、可免除焊接预热过程或降低预热温度。 8、可排除焊后的热时效或振动时效处理。 9、显著的防治或减少焊接裂纹，这是振动焊接技术最突出的特点。 根据上述，可以说振动焊接技术在所有技术的焊接过程中均可应用，特别是对于焊接中易出现裂纹和变形的构件应最先选用振动焊接技术。
由于振动焊接技术工艺参数只有频率和振幅，而不需要更多的调整，其设备操作简单方便，而且该设备应具备振动时效的功能。