振动时效与热时效对比
不锈钢消除焊接应力
摘要：为了消除超大不锈钢焊接底板的残余应力,研究了采用振动时效(VSR)的方法消除焊接残余应力。
应用JB / T5926 - 91标准对振动时效工艺进行了定性的评价。
通过对焊后和振动时效后底板焊缝上残余应力的对比测量,全面地、定量地了解振动时效工艺对残余应力的变化及最终的应力状况的影响,了解了VSR工艺的可行性和有效性,从而实现替代热时效工艺目标。
要害词：振动时效,不锈钢,残余应力0引言金属构件在锻压、切削、铸造、焊接等加工过程中,由于受力或受热不均匀,内部产生不均匀的塑性形变,加工完后,都存在残余应力。
残余应力是金属构件开裂或变形的重要原因,极大地影响金属构件的疲惫强度和尺寸精度的稳定性。
消除残余应力是机械加工行业一项十分重要的任务。
传统的消应力工艺主要是热时效(热处理) ,对大型构件,热时效需要庞大的焖火炉,烧煤或用电,处理一批金属件要2～7天,故投资大,能耗大,效率低,轻易产生新的变形,材料强度下降。
振动时效(VSR)就是通过施加振动方法降低或均化构件内的残余应力,从而提高构件的使用强度,减小变形及稳定尺寸的精度。
与传统的热时效方法相比,它可以在极短的时间内减小构件的残余应力,不需搬动工件,也不产生氧化皮或锈皮。
振动时效以其工艺简单方便、适用性强等突出特点而受到广泛应用。
振动时效是一种常温时效工艺,它可使金属结构的焊接残余应力峰值降低,分布均化,从而提高尺寸稳定性。
因此,振动时效可以替代以尺寸稳定性为目标的热时效。
对于有抗氧化要求、有低温相变的材料以及超大型、易产生热处理变形的构件,振动时效具有热处理无法比拟的优势。
研究的拼焊不锈钢板,由于材料有抗氧化要求,而且体积庞大,假如采用传统的热时效(热处理)工艺进行焊接残余应力消除,需要在超大的热处理炉内进行,还要气体保护,代价高昂。
因此,我们采用了振动时效工艺替代传统的热处理时效工艺,对不锈钢底板进行消除焊接残余应力研究。
1时效构件处理的构件是一大型实验装置的底板,材料是超低碳不锈钢304L,整个圆形底板直径为7. 6m,由五块不锈钢板采用埋弧焊拼焊而成(见图5) ,板厚度均为75mm,板上开有27个安装孔,包括一个中心孔。
时效处理
时效处理1、时效处理的概念为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。
对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。
时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。
若采用将工件加热到较高温度，并进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。
时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。
时效处理可分为自然时效和人工时效两种。
自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。
金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。
为消除残余应力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效。
自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放。
热时效（TSR）工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。
振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残余应力，可达到TSR工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。
将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。
振动时效技术的研究现状与发展趋势
定 频 率 的 循 环 载 荷 。 当 受 到 振 动 时 ， 加 于 零 件 上 的 施
应 力 的 幅 值 与 残 余 应 力 之 和 应 稍 大 于 构 件 的 屈 服 强
面 。 除 了前 面 叙 述 的 宏 观 方 面 的 理 论 ， 微 观 方 面 ， 在 上
传 统 消 除 残 余 应 力 的 方 法 有 热 时 效 和 自然 时 效 。 热 时 效 是 将 工 件 缓 慢 加 热 到 Ａ１ 工 件 内 部 组 织 由 珠 光 （
体 向奥 氏 体 转 变 的 临 界 温 度 ） 下 某 一 温 度 ， 温 一 段 以 保 时 间 ， 后 缓 冷 使 工 件 发 生 回 复 的 工 艺 过 程 ［， 其 前 然 ３但 ］ 期 投 入 较 大 ， 要 专 用 的 加 热 炉 ， 耗 大 ， 率 低 ， 染 需 能 效 污 环 境 ， 易 产 生 新 的 变 形 和 二 次 应 力 。自然 时 效 是 将 构 容 件 长期 放 置 （ 般 六个 月 至 一年 左 右 ）利 用昼 夜 的温 一 ， 差 和 复 杂 多 样 的 “ 境 震 荡 ” 使 构 件 发 生 缓 慢 、 微 的 环 ． 细
能 够 减 小 和 均 化 残 余 应 力 ，还 可 提 高 材 料 的 抗 变 形 能 力 ， 定 尺 寸 精 度 ， ￣ ４ 时效 技 术 相 比 ， 有 节 能 、 稳 与 ＇ ｄ ｚ 具 降 低 成 本 、 短 制 造 周 期 、 高 工 件 尺 寸 精 度 和 降 低 劳 动 缩 提
因 此 对 减 小 和 消 除 残 余 应 力 的研 究 就 显 得 尤 为 重 要 。
在 实 际 生 产 和 应 用 中 ，对 振 动 时 效 技 术 的研 究 主
要集 中在机 理 、 艺和效 果评 定三个 方面 。 工
消除焊接件应力的工厂方法
消除焊接件应力的工厂方法所谓工厂方法，就是立刻见效并且投资很小，极其具备操作性的方法。
某些焊接件，完工后存在极大应力。
比如，使用油压机压配合装配的工件，铸钢件，铸铁冷焊件。
消除应力的方法：1.日光暴晒！在夏天，如果产品不急于赶工，这是个最省钱的办法。
头天晚上把工件拖到露天，当中午2点太阳最毒辣的时候，立刻施焊。
然后让日光暴晒15天，应力得到基本消除。
适用于16Mn之类的结构件和铸钢件，不过弟兄们可就太辛苦啦，需事先预备水壶若干，诸葛行军散少许···，在此先行道乏。
2.敲击！首先用高速钢(报废钻头改，但不是所有钻头都是高速钢的，事先必须查明)磨削一个尖头锤，然后敲击焊缝，标准是每平方厘米至少15点，要敲出坑，切实产生强制变形，才有效果。
否则没用。
弟兄们偷懒不得啊！此法适用于结构钢件。
铸钢件敲击不要太狠了，铸铁件更要轻敲，但点数要增加一倍。
3.使用30度窄坡口！一般坡口都是60度，操作方便，但是焊接时间长，填充金属多，变形大，自然焊接应力就大。
使用窄坡口，不仅降低成本(焊条和焊丝价格比钢板贵至少2倍)，提高操作速度(弟兄们对于高效率的工艺从来都是欢迎的)，而且极大地降低应力。
除了薄板和特厚板，都适用。
就是对弟兄们的操作技能提出更高要求。
只要抓住一条，焊枪摆动时，坡口两端要停留时间足够(其实不超过0.3秒)，看到坡口边缘已经熔化并且液态金属产生波纹才向另一侧摆动，就不会产生未熔合。
焊道层间打磨时要把熔渣除尽，X光检测保证条条焊缝都是I级片，一个缺陷都不会有。
接头要采用冷接法，事先把接头磨削成斜坡状，又美观质量又好。
4.强制加热！如果构件能够预热，后热，应力都能减小。
但是，一个拳头大的铸铁件用507焊条热焊都要两把气割枪加热，稍微大一点的铸件就无法有效加热，也就不能用507焊条热焊，而冷焊应力是比较大的。
怎么办？作一个10孔加热头就行了。
就像猪八戒那个耙子一样。
用20号气焊枪一把，其实气割枪火力更大，别用气割枪啊！回火爆炸了不负责啊！把喷嘴取下，用紫铜棒加工一个10孔加热头，图纸回头我上传过来，现在在王霸里边，然后对要焊接的铸件加热，火焰厉害得多！此法适用于铸铁，铸钢件。
振动时效文档
振动时效振动时效是指在振动条件下，材料或构件在长时间内受到周期性的振动作用，逐渐发生变形、疲劳和损坏的现象。
振动时效不仅在工程界有重要的应用，也在科学研究中起着关键的作用。
本文将介绍振动时效的基本概念、机制以及对工程的影响。
振动时效的基本概念振动时效是材料或构件在振动负载下逐渐失去强度或发生损伤的过程。
它是一种渐进性的疲劳过程，通常发生在材料或构件受到周期性振动负载时，而不是瞬时的冲击。
振动时效可以导致材料疲劳、塑性变形和断裂，最终影响结构的可靠性和寿命。
振动时效的机制振动时效的机制主要包括疲劳损伤累积、材料应力集中和振动频率等因素的综合作用。
1. 疲劳损伤累积在周期性振动负载下，材料会发生循环变形和疲劳断裂。
这是由于材料在振动作用下发生应力集中，导致材料表面和内部出现微裂纹。
随着振动次数的增加，微裂纹逐渐扩展并最终导致断裂。
2. 材料应力集中振动时效中，材料的应力集中是一个重要因素。
在振动负载下，材料会受到周期性应力的作用，导致应力集中。
应力集中会引起材料局部的塑性变形和破坏，进而影响材料的强度和寿命。
3. 振动频率振动频率同样会对振动时效产生影响。
不同频率的振动对材料的应力分布和损伤形式都有影响，从而引起不同的振动时效现象。
高频振动会导致材料的局部温升和疲劳断裂加剧，低频振动则会引起材料的塑性变形和破坏。
振动时效对工程的影响振动时效对工程具有重要的影响，尤其是在航空航天、交通运输和机械制造等领域。
1. 结构疲劳振动时效是导致结构疲劳失效的主要原因之一。
周期性振动会引起结构材料的疲劳损伤累积，导致结构强度逐渐降低。
当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时，结构就会发生失效。
2. 设备可靠性振动时效也会影响设备的可靠性。
在机械设备中，特别是高速旋转机械中，振动时效会导致轴承疲劳、齿轮断裂和连接件失效等问题。
这些问题都会影响设备的运行稳定性和寿命。
3. 故障诊断振动时效还可以通过振动信号的特征来进行故障诊断。
振动信号中的频率分量、幅值和相位可以提供有关设备状况和故障类型的信息。
焊接构件的振动时效技术
焊接构件的振动时效技术焊接构件的振动时效技术是对已焊接成型的构件进行振动处理，用以降低和均化由於焊接造成的残余应力。
而振动焊接是首先将被焊部件进行振动，且边振动边焊接，直到焊完为止。
这种振动是在肯定频率范围内的稍微振动，其作用如下：首先，当焊缝金属在熔溶状态时，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，焊缝处材料屈服极限很低，因此振动很简单使热应力场得到缓解，极易发生热塑性变形，而释放受约束应变，使应力场梯度削减，故使最终的焊接残余应力得到降低或均化；第三由于振动，在结晶过程中使气泡杂质等简单上浮，氢气易排解，焊缝材料与母材过渡连接匀称、平缓，降低应力集中，提高焊接质量。
因此振动焊接可以有效地防止焊接裂纹和变形，提高构件的疲惫寿命，增加机械性能。
振动焊接技术是在振动时效技术基础上进展起来的。
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头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而降低残余应力。
因此，可以说振动焊接从一开头就起到了防止焊接裂纹和削减变形的作用。
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，它并不要求构件必需达到共振状态，只要达到某一频率范围内且具有肯定的振幅就可以，因此振动焊接技术可以在任何构件上应用。
特殊是在大型结构件焊接修复时，振动焊接就完全可以实现，焊后不再使用热时效处理。
在这里必需说明的是"振动焊接技术'包括两个方面，即"焊接技术'与"焊接振动技术'两个内容。
这里说的"焊接技术'就是正常的焊接技术，而"焊接振动技术'就是在焊接过程中依据不同构件施加一种不同参数的机械振动。
这一章就是讨论关於"振动焊接'的作用和"振动焊接'的工艺参数选择原理。
表面淬火和化学热处理
时效1、概念：金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下放置或适当升温加热时，发生的力学和物理性能能随着时间而变化的现象，称为时效。
2、机械制造过程中常用的时效方法主要有自然时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀时效等。
3、自然时效在室温下发生性能随着时间而变化的现象。
利用自然时效可以部分消除工件内的部分残余应力，稳定工件的形状和尺寸。
，但工件的内部残余应力不能完全消除。
4、热时效是指随着温度的不同，a—Fe中碳的溶解度发生变化，从而使钢的性能发生改变的过程。
5、变形时效是指钢在冷变形后进行的时效。
6、振动时效是指通过机械振动的方式来消除、降低或均匀工件内残余应力的工艺。
（抗疲劳性能）表面热处理与化学热处理需要考虑对零件进行表面热处理或化学热处理，以满足上述“表里不一”的性能要求。
一、表面热处理1、概念：是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。
2、分类：按加热放法的不同：表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。
目前生产中最多的是感应加热表面淬火。
表面淬火不改变工件表面的化学成分。
3、根据交流电流频率不同，感应加热表面淬火可分为三类：高频感应加热表面淬火应用范围：中小型轴、销、套等圆柱形零件，小模数齿轮。
●中频感应加热表面淬火应用范围：尺寸较大的轴类零件，大、中模数齿轮。
●工频感应加热表面淬火应用范围：大型零件表面淬火或棒料穿透加热。
三、化学热处理1、概念：式将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
2、特点：化学热处理与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。
3、自身特点：由于渗入元素的不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。
渗碳、渗氮、碳氮工渗的主要目的是提高工件表面的硬度和耐磨性；渗金属的主要目的是提高工件表面的耐腐蚀性和抗氧化性等。
振动时效文档
振动时效什么是振动时效？振动时效是一个材料科学的概念，指的是在振动载荷下，材料的性能随时间发生变化的现象。
当材料长期暴露在振动环境中时，其性能可能会逐渐退化，导致材料的可靠性降低。
振动时效是一种物理现象，普遍存在于各种材料中，尤其是金属材料。
振动时效对于很多行业都是一个重要的考虑因素。
在航空航天、汽车、电子设备等领域，材料的可靠性对于产品的安全性和寿命非常重要。
振动时效会对材料的疲劳寿命产生直接影响，因此，了解和控制振动时效是工程师和科学家们需要重点关注的问题。
振动时效的机理振动时效的机理可以分为两个方面：宏观机械变形和微观材料结构变化。
1.宏观机械变形：材料在振动载荷下会发生宏观的形变和变形。
在振动过程中，材料内部会发生应力的集中和变化，这可能会导致材料产生微裂纹、断裂或变形。
长期以往，这些宏观机械变形会积累并导致材料性能的退化。
2.微观材料结构变化：振动载荷下的材料会发生微观结构的变化。
这些结构变化包括晶粒的析出、晶体的移动、晶格的扭曲等。
这些微观结构的变化会导致材料的力学性能、热学性能和电学性能的改变。
振动时效的影响振动时效对材料的影响主要体现在以下几个方面：1.疲劳寿命：振动时效会缩短材料的疲劳寿命。
在振动环境中，材料会经历往复的应力加载和变形。
这些应力和变形可能会导致材料产生微裂纹，并逐渐扩展至破坏。
振动时效会加速微裂纹的扩展，从而降低材料的疲劳寿命。
2.材料硬度和强度的下降：振动时效会导致材料的硬度和强度下降。
材料在振动载荷下会产生局部应力的集中和变化，这可能导致材料的晶粒发生位错或断裂。
这些破坏会导致材料的硬度和强度降低。
3.材料的电学性能下降：振动时效还会对材料的电学性能产生影响。
材料的微观结构变化会导致电子在材料内部的传导能力下降。
这可能会导致电子元器件的故障和损坏，进而影响整个系统的正常运行。
振动时效的评估和控制为了评估和控制振动时效，工程师和科学家们采取了一系列的方法和措施。
液压支架结构件振动时效处理技术研究
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摘 要 ： 应用 频谱 谐 波技术 对液 压支 架结 构件 振 动 时效和热 时效 两种 方法进 行 了对 比 ， 检测 结果
表 明 ： 动 时效 在 消除结构 件 应力 方 面效果 与 热 时效相 同， 振 但在 稳 定 工件 尺 寸 精度 ， 高 工 件抗 载 提
荷 能力方 面 明显优 于热 时效 。
振动时效综述
宏 观 残 余 应 力 又 称 为第 一 类 残 余 应 力 它 是 在 宏 观 范 围 内分 布 的 它 的 大 小 方 向和 性 质
等 可 用 通 常的 物 理 或 机 械 的 方 法 进 行 测 量
不 均 匀 塑 性 变形 产 生 的 残 余应 力
L Z
。
。
宏观 残 余 应 力 的产 生原 因 大致 有 三 种情 况
、 。 。
振 动时 效 正 是 近 二 三 十年 发 展 起 来 的 一 种 消 除和 均 化 金 属 构 件
残余 应 力 简 介 [
`
〔 8〕 卜〔〕
6
`
残余 应 力 是 当 物 体 去 除外 部 因 素 作 用 时 在 物 体 内 部 保 持 平 衡 而 存 在 的 应 力 残 余 应 力 是
内应 力 的 一 种 一致
使读 者 对 振 动 在工 程 上 的 重 要 应 用 有 一 个 全 面 的认 识 和 了解
;
关键 词
振 动 时效 残 余 应 为
、 、 , 。
金 属 构 件 在 铸 造 锻造 焊 接 和 其 他 许 多 机 械 加 工 过 程 中 均 可能 产 生 残 余 应 力 构件 中的 残 余 应 力 有 很 大 的 有 害作 用 残 余 应 力 的新 技 术 新 方 法 1
, 。 、 , ,
.
、
、
,
ห้องสมุดไป่ตู้
,
,
且不 能 及 时 发 现 构 件 内 的
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. 2
2
热时 效
热 时 效 是 传统 的 处 理 方 法 一 直 为 有 关 工 厂采 用
慢 均 匀加热 至
,
, , 、
,
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振动时效与热时效对比
振动时效技术，国外称之为“Vibrating Stress Relief” (简称VSR),旨在通过专用的振动
时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的
所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形——被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态。位错重新
滑移并钉扎，从而工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件在加工和使用过程中
变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。
近年来，振动时效以投资少，效果好，高效，节能，环保等优势,锐不可当，逐步取代
热时效.
振动时效技术与传统热时效相比，具有以下突出优势：
1.振动时效投资少
与热时效相比，振动时效无需庞大的时效炉，可节省占地面积和昂贵的设备投资，
热时效，如果工件少还不值得开炉、工件太大时又装不进炉等.而且炉内温度很难均匀，
消除应力效果也差。采用振动时效则可以避免这些问题。
2.振动时效时效效果好
大量的研究和实际应用证明，振动时效对工件的时效效果好于烧煤、重油或煤气的
热时效炉，而基本与电炉的时效效果相近，因为振动时效不仅克服了热时效炉温不均而
造成消除应力不均匀之难题，而且避免了工件因加热而降低其抗变形能力的影响，所以
一般经振动时效处理的工件较一般热时效处理的工件的尺寸稳定性可提高30%以上。
3.振动时效灵活性强
振动时效技术的使用不受场地、工件大小、形状、重量等条件的限制，由于振动时效设
备只有几十公斤，所以对大型工件可就地进行时效处理。同时根据工艺要求可安排在工
件不同的加工工序间进行时效处理。
4.振动时效彻底解决了热时效炉窑的环境污染问题
随着人们对环境要求的提高，热时效炉窑的烟气、粉尘、炉渣问题已受到限制，振动时
效则能完全避免，这也是振动时效技术被国家环保局几年一直推广的原因。
5.振动时效节能显著
振动时效处理一个周期下来只用几度电，与热时效比较起来其节能基本在95%以上。
6.振动时效效率高
自然时效需经6个月至一年时间，热时效也需要十几至几十个小时一个周期，而振动时
效只需十几分钟至一个小时即可完成。
7.振动时效特别适合不宜高温时效的材料和零件的消除应力处理。
如不锈钢件、有色金属件、焊修后的机械零件等等；