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振動時效的實(shí)質(zhì)是通過振動的形式給工件施加一個動應(yīng)力，當(dāng)動應(yīng)力與工件本身的殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過材料的微觀屈服極限時，工件就會發(fā)生微觀或宏觀的局部、整體的彈性塑性變形，同時降低并均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，最終達(dá)到防止工件變形與開裂，穩(wěn)定工件尺寸與幾何精度的目的。
振動時效 工藝程序
振動處理技術(shù)又稱做振動消除應(yīng)力，在我國又稱做振動時效。它是將一個具有偏心重塊的電機(jī)系統(tǒng)（稱做激振器）安放在構(gòu)件上，并將構(gòu)件用橡皮墊等彈性物體支承，通過控制器起動電機(jī)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，使構(gòu)件處于共振狀態(tài)。約經(jīng)20~30分鐘的振動處理即可達(dá)到調(diào)整殘余應(yīng)力的目的，一般累計(jì)振動時間不應(yīng)超過40分鐘。
可見，用振動調(diào)整殘余應(yīng)力技術(shù)是十分簡單和可行的。
振動時效 工藝守則
振動時效工藝守則是指導(dǎo)對振動時效技術(shù)應(yīng)用及檢查的總的原則，它應(yīng)包括以下幾方面的內(nèi)容。
一、總則部分：它包括制定本守則的目的及使用范圍。
二、生產(chǎn)前的準(zhǔn)備：它包括對設(shè)備的檢查、儀器的導(dǎo)線聯(lián)接、工作場地的定置管理等。
三、預(yù)分析：根據(jù)工件的形狀、分析可能出現(xiàn)的振型，以指導(dǎo)操作人員正確的進(jìn)行對工件的支撐及激振器和傳感器的裝夾。
四、試振：它包括初步測試工件的固有頻率和驗(yàn)證第三部分所做出的分析是否正確，如果預(yù)分析與實(shí)際有所差別，應(yīng)通過這步工作調(diào)整過來。在這一部分中還包括主振器頻率、激振力、振動時間的確定原則等。
五、振動處理過程：包括振動處理全過程的操作程序和各程序的確定原則。
六、質(zhì)量管理制度：包括時效效果的檢驗(yàn)方法及檢驗(yàn)方式。
七、儀器的保養(yǎng)和維護(hù)。
振動時效 工藝特點(diǎn)
振動時效之所以能夠部分地取代熱時效，是由于該項(xiàng)技術(shù)具有一些明顯的特點(diǎn)。 振動時效的幾個重要參數(shù)是：“支撐點(diǎn)、振型、激振點(diǎn)、加速度、固有頻率、時間”其中振動加速度、共振頻率、共振時間是決定工藝效果的主要參數(shù)。
1．機(jī)械性能顯著提高
經(jīng)過振動處理的構(gòu)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。因此可以提高使用強(qiáng)度和疲勞壽命，降低應(yīng)力腐蝕。
可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的發(fā)生。
可以提高構(gòu)件抗變形的能力，穩(wěn)定構(gòu)件的精度，提高機(jī)械質(zhì)量。
2．適用性強(qiáng)
由于設(shè)備簡單易于搬動，因此可以在任何場地上進(jìn)行現(xiàn)場處理。它不受構(gòu)件大小和材料的限制，從幾十公斤到幾百噸的構(gòu)件都可使用振動時效技術(shù)。特別是對一些大型構(gòu)件無法使用熱時效處理時，振動時效就具有更加突出的優(yōu)越性。
3．節(jié)省成本
振動時效只需30分鐘即可進(jìn)行下道工序。而熱時效至少需一至二天以上，且需大量的煤油、電等能源。因此，相對于熱時效來說，振動時效可節(jié)省能源90%以上，可節(jié)省費(fèi)用90%以上，特別是可以節(jié)省建造大型燜火窯的巨大投資。
振動時效 工藝發(fā)展
用振動的方法消除金屬構(gòu)件的殘余應(yīng)力技術(shù)，于1900年在美國就取得了專利。但由于人們長期使用熱時效，加上當(dāng)時對振動消除應(yīng)力的機(jī)理還不十分明確，且高速電機(jī)尚未出現(xiàn)造成設(shè)備沉重、調(diào)節(jié)不便，因此該項(xiàng)技術(shù)一直未得到發(fā)展和應(yīng)用。
直到60年代由于能源危機(jī)，美國、英國、日本、聯(lián)邦德國等國才又開始研究振動時效的機(jī)理和應(yīng)用工藝。特別是到70年代由于可調(diào)高速電機(jī)的出現(xiàn)，推動了振動消除應(yīng)力裝置（VSR系統(tǒng)）的發(fā)展：1973年英國制成手提式VSR系統(tǒng)即VCM80系統(tǒng)，后來美國馬丁工程公司也研制出比較先進(jìn)的設(shè)備LT-100R型VSR系統(tǒng)。法國和蘇聯(lián)也分別生產(chǎn)出PSV型和NB型VSR系統(tǒng)。這些比較先進(jìn)的激振裝置，促進(jìn)了振動消除應(yīng)力工藝的發(fā)展和應(yīng)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到20世紀(jì)90年代，世界上正在使用的VSR系統(tǒng)約有一萬臺以上。美國采用振動時效工藝的有700多個公司，蘇聯(lián)和東歐一些國家也在大量使用，都取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。許多國家都已將振動時效定為某些機(jī)械構(gòu)件必須采用的標(biāo)準(zhǔn)工藝。在英國幾乎沒有一家公司不使用該項(xiàng)技術(shù)的。
振動時效 工藝應(yīng)用
振動處理在國外的應(yīng)用范圍比較廣，被處理構(gòu)件的類型也比較多。例如：
1．英國一機(jī)床公司生產(chǎn)大型精密機(jī)床，其床身與立柱要求精度為0.01mm/2m。過去采用熱時效其精度保持性較差，后來改用振動時效，滿足了精度要求，因此將振動時效定為該項(xiàng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)工藝。
2．英國生產(chǎn)的鋁合金鑄造精密泵體，其尺寸為275×300×150mm，也是用振動時效來保證其精度的。
3．美國PX工程公司，用振動時效來消除8噸重的焊接結(jié)構(gòu)齒輪的內(nèi)應(yīng)力，用以減少焊接裂紋。
4．美國Pont Land電子專業(yè)公司，用該項(xiàng)技術(shù)處理4噸重的鍛件毛坯。該公司規(guī)定鍛件進(jìn)行三次振動處理：
（1）毛坯（2）粗加工后（3）精加工后。三次處理后即保證了鍛件的穩(wěn)定性。
5．美國華盛頓鋼鐵公司，對該公司生產(chǎn)的47噸重的剪床座進(jìn)行振動處理。剪床座是用152mm至203mm厚的鋼板焊成，加強(qiáng)筋厚為38mm至76mm這樣大而重的構(gòu)件只用40分鐘的振動處理就代替了過去的熱時效處理。
6．美國西北工業(yè)公司對2800噸重的海洋鐵塔及1280噸重的鉆井平臺也采用過振動時效處理。
7．英國對陸上井口平臺采用振動時效，井口平臺是由管徑為200mm的鋼管焊成6m×6m×2m管型構(gòu)架。
8．英國噴氣發(fā)動機(jī)火焰筒襯里，由于焊后熱膨脹而發(fā)生裂紋，報(bào)廢率占30%以上，后來采用振動時效工藝，報(bào)廢率幾乎為零。
9．英國生產(chǎn)的所有專用機(jī)床床身都是用振動時效代替熱時效。有三十多家機(jī)床廠和十多個鍛壓設(shè)備廠都是將振動時效作為標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝。
美、英等國在其它工業(yè)部門也大量采用振動時效，如造紙機(jī)械廠、船舶軸承廠、激光焊機(jī)廠、齒輪箱制造廠、紡織機(jī)械廠、軋鋼設(shè)備廠、印刷機(jī)械廠、泵制造廠、采油設(shè)備廠、發(fā)電設(shè)備廠、鍋爐廠等都應(yīng)用振動時效來消除構(gòu)件的應(yīng)力。
自1975年以來，特別是上世紀(jì)九十年代后，該項(xiàng)技術(shù)在我國也得到了較快的發(fā)展和推廣，已較廣泛地應(yīng)用在各種焊接結(jié)構(gòu)件，在機(jī)床鑄件上也取得了較大的突破。
多年來，關(guān)于振動時效對焊接構(gòu)件疲勞壽命的影響是國內(nèi)外專家極為關(guān)心和爭論的焦點(diǎn)問題。我國一些單位做了許多研究，得出的結(jié)論認(rèn)為，振動時效對金屬材料的力學(xué)性能有較大的影響，合理的振動時效工藝可以提高焊接構(gòu)件的疲勞壽命。這些結(jié)論為振動時效在焊接構(gòu)件上的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
振動時效工藝在國內(nèi)經(jīng)二十余年的理論研究，并經(jīng)過近二十年的應(yīng)用推廣，國內(nèi)許多企業(yè)都在一些重要的基礎(chǔ)部件中應(yīng)用了我公司所研究的振動時效產(chǎn)品。
1．大型電站設(shè)備中的發(fā)電機(jī)機(jī)座、端蓋、座環(huán)、水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)葉。
2．中國第一重型機(jī)器廠制造的軋鋼設(shè)備中的焊接結(jié)構(gòu)件，大型鍛造轉(zhuǎn)軸。
3．組合機(jī)床床身焊接件和CD6140普通車床鑄造床身。
4．東風(fēng)4D內(nèi)燃機(jī)車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)件，用振動時效提高疲勞壽命和柴油機(jī)機(jī)體粗加工后的二次振動時效，防止機(jī)體在使用中出現(xiàn)疲勞裂紋。
5．一些無法進(jìn)行時效處理的大型金屬結(jié)構(gòu)，如爐殼、托圈、拱頂、鋼包回轉(zhuǎn)臺等。
6．航天領(lǐng)域中的重大項(xiàng)目中的大型金屬結(jié)構(gòu)焊接后用振動消除應(yīng)力。
7．單晶爐爐殼、爐門都由不銹鋼焊接制造，不能加熱時效處理，采用振動時效，既防止了變形，又提高了抗腐蝕能力。
振動時效 常見問題
由于部分用戶對振動時效的機(jī)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(shè)備對產(chǎn)品進(jìn)行時效。這種完全不針對工件特性、僅按照振動時效設(shè)備生產(chǎn)者預(yù)置的參數(shù)，對各種工件均采用一種或幾種工藝參數(shù)進(jìn)行時效的方法，會導(dǎo)致被時效工件出現(xiàn)下列幾種情況：
1.1． 假時效：工件未發(fā)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(shè)備”也能按照預(yù)置的程序打印或輸出各種時效參數(shù)、曲線，誤導(dǎo)操作者和工藝員判斷，這樣工件根本沒有達(dá)到時效的效果；
1.2． 誤時效：工件雖然產(chǎn)生共振，但是發(fā)生的振型與工件所需要的振型不一致，動應(yīng)力沒有加到工件需去應(yīng)力的部位，這樣不能使工件達(dá)到預(yù)期的時效目的，影響時效的效果;
1.3． 過時效：由于不針對工件個性采用合理的時效參數(shù)，完全照盲目預(yù)置的參數(shù)，對工件進(jìn)行時效，可能會因?yàn)楣舱襁^于強(qiáng)烈或振幅過大，導(dǎo)致工件內(nèi)部的缺陷（裂紋、夾渣、氣孔、縮松等）繼續(xù)擴(kuò)大、撕裂，甚至報(bào)廢的嚴(yán)重后果。
2、 振動時效的工藝分析
由上述的振動時效工藝的現(xiàn)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(xué)的，這不僅不能使工件達(dá)到時效目的，還會因此出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，造成工件開裂，甚至報(bào)廢。
那么，什么樣的振動時效工藝才是科學(xué)的呢？
首先，應(yīng)在時效前分析工件的殘余應(yīng)力分布情況，形位精度要求，以及今后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(diǎn)時效部位。
2.1． 形位精度分析：
根據(jù)工件直線度、圓柱度、平面度、同軸度、對稱度等，應(yīng)采取不同的激振力，選用不同的振型。
2.2． 共振頻率分析：
根據(jù)工件強(qiáng)度、剛性、批量選擇不同支撐方式或采用振動平臺進(jìn)行處理。
2.3． 振型分析：
不同的頻率對應(yīng)不同的振型，不同的振型對應(yīng)不同動應(yīng)力場。
2.4． 工作載荷： 針對工件今后的工作變形狀況，應(yīng)重點(diǎn)消除工況狀態(tài)工件載荷較大部位的殘余應(yīng)力，選用與之相對應(yīng)的振型進(jìn)行時效處理。
2.5． 工況失效分析：根據(jù)今后可能出現(xiàn)的問題，應(yīng)選用不同的激振力不同的時間進(jìn)行時效處理。
其次，應(yīng)根據(jù)被時效的工件，科學(xué)地選擇振動時效設(shè)備。不應(yīng)該選擇一些簡易的、所謂“全自動振動時效設(shè)備”；而應(yīng)該深入了解振動時效機(jī)理后通過比較，選擇這樣的振動時效設(shè)備：
a) 運(yùn)行穩(wěn)定、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制、定速可靠、在線打印、性價比高：
b) 強(qiáng)弱電隔離、自我保護(hù)功能強(qiáng)、故障率低、易于維修：
c) 操作方便、能夠人機(jī)對話，并能通過面板輸入口令設(shè)置設(shè)備運(yùn)行參數(shù)， 而不需要改變硬件設(shè)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(shí)現(xiàn)多峰值自動識別、多振型時效，并能實(shí)現(xiàn)局部掃描、局部打��；并且能針對工件的特性，采用超級手動（可根據(jù)操作者的經(jīng)驗(yàn)及意愿直接快速完成振前掃描、打印、識別、時效、振后掃描）完成有用峰的振動時效，避免處理無效峰；而且還能夠通過超級手動找出大量工藝參數(shù)，作科學(xué)的分析，找出相同零件的共性，迅速、方便地在面板上編制程序并儲存，以便今后隨時調(diào)用對工件科學(xué)全自動的時效處理；
關(guān)于 振動焊接技術(shù)
振動焊接技術(shù)是在振動時效技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但振動焊接技術(shù)的作用明顯優(yōu)於振動時效技術(shù)。焊接構(gòu)件的振動時效技術(shù)是對已焊接成型的構(gòu)件進(jìn)行處理，用以降低和均化由于焊接造成的殘余應(yīng)力。而振動焊接是首先將被焊構(gòu)件進(jìn)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(nèi)的輕微振動，其作用如下：首先，當(dāng)焊縫金屬在溶溶狀態(tài)時，振動可以使組織發(fā)生變化，晶粒得以細(xì)化。焊縫晶粒細(xì)化必將使材料力學(xué)性能得到提高，其次在有溫度作用下，焊縫處材料屈服極限很低，因此振動很容易使熱應(yīng)力場得到緩解，極易發(fā)生熱塑性變形，而釋放受約束的應(yīng)變，使應(yīng)力場梯度減少，故使最后的焊縫殘余應(yīng)力得到降低和均化、平緩，降低應(yīng)力集中，提高焊接質(zhì)量，因此振動焊接可以有效的防止焊接裂紋和變形，提高構(gòu)件的疲勞壽命，增強(qiáng)機(jī)械性能。
振動時效技術(shù)是在構(gòu)件焊好后使用的處理技術(shù)，只能對焊接殘余應(yīng)力起到降低和均化作用。而振動焊接技術(shù)從焊接開始就起到細(xì)化晶粒的作用，接著在熱狀態(tài)下通過熱塑性變形來調(diào)整應(yīng)變來降低殘余應(yīng)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(zhì)量是優(yōu)於振動時效技術(shù)的最突出優(yōu)點(diǎn)。做為振動焊接技術(shù)，它并不要求構(gòu)件必須達(dá)到共振狀態(tài)，只要達(dá)到某一頻率范圍內(nèi)且具有一定的振幅就可以，因此振動焊接技術(shù)可以在任何構(gòu)件上使用。特別是在大型結(jié)構(gòu)件焊接修復(fù)時，振動焊接技術(shù)就可以完全實(shí)現(xiàn)，焊后不再使用熱時效處理。在這里說明的是“振動焊接技術(shù)”包括兩個方面，即“焊接技術(shù)”與“振動焊接技術(shù)”兩個內(nèi)容�！昂附蛹夹g(shù)”就是正常的焊接技術(shù)，而“振動焊接技術(shù)”就是在焊接過程中根據(jù)不同的工件施加一種不同參數(shù)的機(jī)械振動。
振動焊接技術(shù)特點(diǎn)
振動焊接技術(shù)的特點(diǎn)決定了該項(xiàng)技術(shù)的適用性，各種實(shí)驗(yàn)證明了該項(xiàng)技術(shù)有如下特點(diǎn)：
1、焊接結(jié)晶過程可使晶粒細(xì)化，因此使焊縫材料力學(xué)性能顯著提高，材料的屈服極限σs、強(qiáng)度極限σь 均可提高10%～30%，這有助于防止焊接熱裂紋和冷裂紋的發(fā)生。
2、降低焊接應(yīng)應(yīng)力30%以上，這有助于防止或減少焊接構(gòu)件使用中發(fā)生裂紋，延長使用壽命，穩(wěn)定構(gòu)件的尺寸精度。
3、降低變形30%以上，如果采用“予鋼度法”和"予應(yīng)力法"則變形可降低60%以上，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
4、由于晶粒細(xì)化和殘余應(yīng)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(biāo)。
6、減少沙眼、跳焊等，使焊縫紋理細(xì)密，減少根部的應(yīng)力集中，顯著提高焊接質(zhì)量。
7、可免除焊接預(yù)熱過程或降低預(yù)熱溫度。
8、可排除焊后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(shù)最突出的特點(diǎn)。
根據(jù)上述，可以說振動焊接技術(shù)在所有技術(shù)的焊接過程中均可應(yīng)用，特別是對于焊接中易出現(xiàn)裂紋和變形的構(gòu)件應(yīng)最先選用振動焊接技術(shù)。
由于振動焊接技術(shù)工藝參數(shù)只有頻率和振幅，而不需要更多的調(diào)整，其設(shè)備操作簡單方便，而且該設(shè)備應(yīng)具備振動時效的功能。
振動時效工藝 適用材質(zhì)
適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鈦及其合金）等材質(zhì)的鑄件、鍛件、焊接件、模具、機(jī)加工件。
振動時效工藝 術(shù)語和定義
1 全程掃頻和局部掃頻 Span scanning & local scanning
時效裝置從最低轉(zhuǎn)速到當(dāng)前偏心矩下最大轉(zhuǎn)速全范圍內(nèi)掃頻稱全程掃頻。
時效裝置在當(dāng)前偏心矩下某一段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)掃頻稱局部掃頻。
2 振型 Vibration mode
工件受某一頻率激勵產(chǎn)生共振，在其某一點(diǎn)位移達(dá)到最大值的瞬間，工件各點(diǎn)的位移形成的線或面稱為振型。
3 節(jié)點(diǎn)和節(jié)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(jié)點(diǎn)，簡稱節(jié)點(diǎn)。
節(jié)點(diǎn)連成的線稱為該振型的節(jié)線，簡稱節(jié)線。共振時，工件可能有多個節(jié)點(diǎn)或節(jié)線。
4 振型有效區(qū) Effective area of vibration mode
工件共振時，在工件相鄰節(jié)線之間或相交節(jié)線所圍區(qū)域內(nèi)，其動應(yīng)力等效值在該區(qū)域內(nèi)動應(yīng)力等效值峰值的0.707倍以上的區(qū)域稱為該振型的振型有效區(qū)，簡稱振型有效區(qū)。
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(qū)能覆蓋工件被重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域或其殘余應(yīng)力較大區(qū)域，則該頻率對應(yīng)的振型稱為有效振型，該共振頻率稱為有效頻率。
6 時效頻率 Eging frequency
當(dāng)選定某一有效振型對工件進(jìn)行時效時，為使振型有效區(qū)的動應(yīng)力等效值峰值達(dá)到一定數(shù)值，在該有效振型對應(yīng)的有效頻率的亞共振頻率區(qū)內(nèi)具體選擇的激振頻率稱為時效頻率。
7 殘余應(yīng)力等效值 Equivalent residual stress
各種 常見時效工藝 對比
機(jī)械加工過程中，特別是鑄鍛焊件，在冷熱加工過程中，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，高者在屈服極限附近。構(gòu)件中的殘余應(yīng)力大多數(shù)表現(xiàn)出很大的有害作用；如降低構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度，降低疲勞極限，造成應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂。并且由于殘余應(yīng)力的松弛，使零件產(chǎn)生翹曲，大大的影響了構(gòu)件的尺寸精度。因此降低構(gòu)件的殘余應(yīng)力，是十分必要的。
傳統(tǒng)的時效方法有：熱時效、振動時效、自然時效、靜態(tài)過載時效、熱沖擊時效等。后兩種方法應(yīng)用較少，這里不作介紹。
自然時效(NSR)是將工件長時間露天放置（一般長達(dá)六個月至一年左右），利用環(huán)境溫度的季節(jié)性變化和時間效應(yīng)使殘余應(yīng)力釋放，在溫度應(yīng)力形成的過載下，促使殘余應(yīng)力發(fā)生松弛而使尺寸精度獲得穩(wěn)定。由于周期太長和占地面積大，僅適應(yīng)長期單一品種的批量生產(chǎn)和效果不理想，目前應(yīng)用的較少。
熱時效（TSR）是將構(gòu)件由室溫（或不高于150℃）緩慢、均勻加熱至550℃左右，保溫4~8小時，再嚴(yán)格控制降溫速度至150℃以下出爐，達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的，可以保證加工精度和防止裂紋產(chǎn)生。
振動時效（VSR）又稱振動消除應(yīng)力法，是將工件（包括鑄件、鍛件、焊接構(gòu)件等）在其固有頻率下進(jìn)行數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘的振動處理，以振動的形式給工件施加附加應(yīng)力，當(dāng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過材料的屈服極限時，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內(nèi)的殘余應(yīng)力，使尺寸精度獲得穩(wěn)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(diǎn)。近年來在國內(nèi)外都得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
超聲時效沖擊槍提高焊接接頭疲勞性能的原理
焊接造成的殘余內(nèi)應(yīng)力如何消除一直是行業(yè)內(nèi)普遍存在的問題。因?yàn)闅堄鄡?nèi)應(yīng)力的存在，產(chǎn)品在內(nèi)應(yīng)力釋放的過程中，就會在應(yīng)力殘留位置產(chǎn)生翹曲、變形甚至開裂的情況。另外對于結(jié)構(gòu)剛度、桿件穩(wěn)定性、靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、構(gòu)件脆性也有一定影響。
消除應(yīng)力普遍的解決辦法是進(jìn)行熱時效處理，但熱時效同時存在許多方面的問題，比如需要處理的工件尺寸超過時效爐的最大處理范圍，時效過程中升降溫速度難以控制等。而且熱時效的成本非常高，運(yùn)輸也較為繁瑣。
超聲沖擊設(shè)備徹底解決了熱時效存在的諸多問題，可就地針對焊縫進(jìn)行時效處理，不需要更換場地，而且大大降低了時效成本，改善了時效效果的不確定性。超聲沖擊技術(shù)是目前焊接應(yīng)力消除最有效的方法。應(yīng)力消除率高于熱處理和振動時效處理，最高可達(dá)到100％。針對焊接焊縫，進(jìn)行超聲波沖擊處理，不但能消除殘余內(nèi)應(yīng)力，而且可以延長焊接區(qū)得疲勞壽命和強(qiáng)度，減少應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，提高抗脆裂性和增強(qiáng)材料強(qiáng)度。
超聲沖擊設(shè)備利用大功率的能量推動沖擊頭以每秒約2萬次的頻率沖擊金屬物體表面，高頻、高效和聚焦下的大能量使金屬表層產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形；同時超聲沖擊改變了原有的應(yīng)力場，產(chǎn)生有益的壓應(yīng)力；高能量沖擊下金屬表面溫度極速升高又迅速冷卻，使作用區(qū)表層金屬組織發(fā)生變化，沖擊部位得以強(qiáng)化，應(yīng)力得以消除或均化。
超聲波驅(qū)動電源通過電纜與設(shè)置在外殼內(nèi)的超聲波換能器連接，換能器的振動輸出端部與變幅桿連接，變幅桿端部裝有沖擊針。
超聲波驅(qū)動電源將市電轉(zhuǎn)換成高頻高電壓交流電流，輸給超聲波換能器。然后超聲波換能器將輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即超聲波，其表現(xiàn)形式是換能器在縱向作往復(fù)伸縮運(yùn)動；伸縮運(yùn)動的頻率等同于驅(qū)動電源的交流電流頻率，伸縮的位移量在十幾微米左右。變幅桿的作用一是將換能器的輸出振幅放大，達(dá)到100微米以上，另一方面對沖擊針施加沖擊力，推動沖擊針高速前沖。沖擊針沖擊工件后，能量向焊縫傳遞，以達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力的作用。沖擊頭受工件的反作用后回彈，碰到高頻振動的變幅桿后，再次受到激發(fā)，又一次高速度撞向焊縫，如此反復(fù)多次，完成沖擊作業(yè)。
超聲沖擊 特點(diǎn)：
獨(dú)有的穩(wěn)頻、恒幅控制電路，沖擊效果穩(wěn)定一致
功率高，不虛標(biāo)，沖擊效果好
不受工件形狀、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、重量、鋼板厚度、場地之限制
進(jìn)口器件，可靠性高，使用壽命長
重量輕，便攜，操作非常方便
一流老廠家，設(shè)計(jì)精良，使用面廣
經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、環(huán)保、節(jié)能、安全、無污染
顯著節(jié)能，降低費(fèi)用
超聲沖擊 功效：
1、 使金屬焊縫的表面層內(nèi)的殘余拉伸應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，從而大幅提高金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
2、 改變表面層內(nèi)的金屬晶粒結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)生塑性變形層，從而使金屬表面層的強(qiáng)度和硬度都有顯著的提高。
3、 改善焊趾的幾何形狀，降低應(yīng)力集中。
4、 改變焊接應(yīng)力場，明顯減少焊接變形，提高工件的尺寸穩(wěn)定性。
5、 應(yīng)力消除效果優(yōu)于熱時效；
6、 適用于戶外作業(yè)及大型結(jié)構(gòu)件，不受形狀、尺寸等限制。
6、 適用于材質(zhì)廣泛，不受材質(zhì)限制。
7、 疲勞強(qiáng)度可提高0.5-5倍；疲勞壽命提高5-10倍；耐腐蝕性提高四倍；延長工件使用壽命。
8、 消除焊縫表層微小裂紋及溶渣，抑制裂紋發(fā)生。
沖擊槍應(yīng)用領(lǐng)域：對焊接處的穩(wěn)定性和強(qiáng)度方面要求較嚴(yán)格的行業(yè)。如：橋梁、電力、造船、壓力容器、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)的金屬焊接處理。
（1）船舶與海洋工程
（2）鐵路與公路橋梁的焊接處
（3）管道與壓力容器
（4）焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高拘束狀態(tài)下的超大型的構(gòu)件
（5）工程機(jī)械、起重機(jī)械
（6）受交變動載荷威脅的易疲勞件
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項(xiàng) 目 |
自然時效 |
熱時效 |
振動時效 |
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應(yīng)力消除率 |
10%左右 |
30-80% |
30-80% |
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尺寸穩(wěn)定性 |
好 |
較差 |
較好 |
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時效成本 |
占場地、占資金 |
150-300元/噸 |
10元/噸 |
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時效周期 |
一般半年以上 |
20-60小時 |
一小時以內(nèi) |
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環(huán)境保護(hù) |
無污染 |
污染較嚴(yán)重 |
無污染 |
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抗變形能力 |
較好 |
比時效前降低 |
比熱時效提高30-50% |
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時效變形量 |
可忽略不計(jì) |
較大 |
可忽略不計(jì) |
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工作適應(yīng)性 |
幾乎任何工件 |
受工件尺寸、材質(zhì)限制 |
幾乎任何工件 |
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工序安排 |
須在精加工前 |
須在精加工前 |
可排在任何工序之前 |
