振動(dòng)時(shí)效儀器設(shè)備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)分析 返回列表頁(yè)

振動(dòng)時(shí)效儀器設(shè)備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)分析

1、投資少適用性強(qiáng)///158//6668//8772。與傳統(tǒng)的熱時(shí)效相比它無(wú)需龐大的時(shí)效爐，現(xiàn)代工業(yè)中的大型鑄件與焊接件越來(lái)越多也越來(lái)越大，如采用熱時(shí)效消除應(yīng)力則需建造大型時(shí)效爐，不僅造價(jià)昂貴、利用率低，而且爐內(nèi)溫度很難均勻，消除應(yīng)力效果差。采用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備可以*避免這些問(wèn)題。因此，目前對(duì)長(zhǎng)達(dá)幾米至幾十米的橋梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重達(dá)幾噸至幾十噸的超重型鑄件，較多地采用了振動(dòng)時(shí)效設(shè)備。

2、生產(chǎn)周期短效率高。熱時(shí)效往往需要經(jīng)過(guò)數(shù)十小時(shí)的周期方能完成，而振動(dòng)時(shí)效設(shè)備一般只需數(shù)十分鐘即可完成。而且，振動(dòng)時(shí)效設(shè)備不受場(chǎng)地限制可減少工件在時(shí)效前后的往返運(yùn)輸。如將振動(dòng)設(shè)備安置在機(jī)械加工生產(chǎn)線上，不僅使生產(chǎn)安排更加緊湊而且可以消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力。

3、使用方便。振動(dòng)時(shí)效設(shè)備設(shè)備體積小、重量輕，便于攜帶，我國(guó)目前生產(chǎn)的激振器可振動(dòng)處理300噸以下的工件，但振動(dòng)裝置本身僅重幾十公斤。國(guó)外生產(chǎn)的可振動(dòng)處理5公斤至150噸工件的全套振動(dòng)設(shè)備其總重也不過(guò)一百公斤。正是由于振動(dòng)處理不受場(chǎng)地限制，振動(dòng)裝置又可攜至現(xiàn)場(chǎng)，所以這種工藝與熱時(shí)效相比，使用簡(jiǎn)便，適應(yīng)性較強(qiáng)，可排在任何工序之間也可多次進(jìn)行。

4、節(jié)約能源，降低成本，無(wú)廢渣、廢氣及輻射等污染。在工件的共振頻率下進(jìn)行時(shí)效處理，耗能極小。實(shí)踐證明，功率為0.25至1馬力的機(jī)械式激振器可振動(dòng)150噸以下的工件。其能源消耗僅為熱時(shí)效的3～5％，成本僅為熱時(shí)效的8～10％。加之熱時(shí)效時(shí)均需要以煤、油等做為燃料不可必免地要排出大量的廢渣、廢氣等不能夠滿足越來(lái)越高的環(huán)保要求。故振動(dòng)時(shí)效設(shè)備已逐漸成為去應(yīng)力的*選擇。

5、機(jī)械性能顯著提高。經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備處理的工件其殘余應(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。

    國(guó)內(nèi)外大量的應(yīng)用實(shí)例證明，振動(dòng)時(shí)效對(duì)消除和均化殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸精度具有良好的作用。同時(shí)對(duì)振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理也做了大量的研究和探討。
        從宏觀角度分析，振動(dòng)時(shí)效使零件產(chǎn)生塑性變形，降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力，無(wú)意識(shí)導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應(yīng)力松弛和 零件變形中可知，殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)力松弛和再分布，使零件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時(shí)效方法以消除和降低殘余應(yīng)力，特別是危險(xiǎn)的峰值 應(yīng)力。振動(dòng)時(shí)效同樣可以降低殘余應(yīng)力。零件在振動(dòng)處理后殘余應(yīng)力通常可降低30~55﹪，同時(shí)也使峰值應(yīng)力降低，使應(yīng)力分布均勻化。
        除殘余應(yīng)力值外，決定零件尺寸穩(wěn)定性的另一種重要因素是松弛剛性，或零件的抗變形能力。
        有時(shí)雖然零件具有較大的殘余應(yīng)力，但因其抗變形能力強(qiáng)，而不致造成大的變形。在這一方面，振動(dòng)時(shí)效同樣表現(xiàn)出明顯的作用。由振動(dòng)時(shí)效的加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知， 振動(dòng)時(shí)效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時(shí)效的零件，也高于經(jīng)熱時(shí)效處理的零件。通過(guò)振動(dòng)而使材料得到強(qiáng)化，使零件的尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。
        從微觀方面分析，振動(dòng)時(shí)效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加動(dòng)應(yīng)力。*，工程上采用的材料都不是理想的彈性體，其內(nèi)部存在著不同類 型的微觀缺陷。鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體得石墨。故而無(wú)論是鋼、鑄鐵或其他金屬，其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應(yīng)力集中。當(dāng)受 到振動(dòng)時(shí)，施加于零件上的交變應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，在應(yīng)力集中zui嚴(yán)重的部位就會(huì)超過(guò)材料的屈服極限而發(fā)生塑性 變形。這種塑性變形降低了該處殘余應(yīng)力峰值，并強(qiáng)化了金屬機(jī)體。而后，振動(dòng)又在一些應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位上產(chǎn)生同樣作用，直至振動(dòng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加 的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性性別為止，此時(shí)，振動(dòng)便不再產(chǎn)生消除和均化殘余應(yīng)力及強(qiáng)化金屬作用。上述解釋已由大量的試驗(yàn)加以證明。
        此外，我更主張從錯(cuò)位、晶格滑移等金屬學(xué)理論上去解釋振動(dòng)時(shí)效機(jī)理。其主要觀點(diǎn)是振動(dòng)時(shí)效處理過(guò)程實(shí)際上是通過(guò)在工件的共振狀態(tài)下，給工件的每一部位（從 微觀角度說(shuō)是工件里的每一個(gè)微觀晶格）施加一定的動(dòng)能量，如果施加的這個(gè)能量值與微觀組織本身原有的能量值（殘余應(yīng)力本身是一種勢(shì)能）之和，足以克服微觀 組織周圍的井勢(shì)（也可以說(shuō)是對(duì)恢復(fù)平衡的束縛力），則微觀區(qū)域必然會(huì)產(chǎn)生塑性變形，使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地回復(fù)平衡狀態(tài)，使應(yīng)力集中處地位錯(cuò) 得以滑移并重新釘扎，達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目的。對(duì)于殘余應(yīng)力集中的地方，殘余應(yīng)力值較大，其微觀組織本身所具有的回復(fù)平衡狀態(tài)的勢(shì)能值也較大，所 以，此處的殘余應(yīng)力在震動(dòng)處理過(guò)程中消除的就越多。只有從這一觀點(diǎn)上才能解釋通許多用*種觀點(diǎn)所解釋不通的一些現(xiàn)象，比如：在振動(dòng)處理過(guò)程中我們只需施 加一個(gè)方向的主動(dòng)應(yīng)力，就能消除包括垂直主動(dòng)應(yīng)力方向上的所有殘余應(yīng)力等。殘余應(yīng)力的測(cè)定方法大致可分為機(jī)械測(cè)量法和物理測(cè)量法兩類。
        物理測(cè)量法包括X射線法、磁性法、和超聲波法等。它們分別利用晶體的X射線衍射現(xiàn)象.材料在應(yīng)力作用下的磁性變化和超聲效應(yīng)來(lái)求得殘余應(yīng)力的量值。它們是無(wú)損的測(cè)量方法。其中X射線法使用較多，比較成熟，被認(rèn)為是物理測(cè)量法中較為的一種測(cè)量方法。磁彈性法和超聲波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地認(rèn)為是有發(fā)展前途的兩種測(cè)試方法。物理法的測(cè)試設(shè)備復(fù)雜.昂貴.精度不高。特別是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，都有一定的局限性和困難。
        機(jī)械方法包括切割法、套環(huán)法和鉆孔法（下面主要介紹）等，它是把被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力給予釋放，并采用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)測(cè)出釋放應(yīng)變而計(jì)算出原有殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的釋放方法是通過(guò)機(jī)械切割分離或鉆一盲孔等方法，因此它是一種破壞性或半破壞性的測(cè)量方法，但它具有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
        從兩類方法的測(cè)試功能來(lái)說(shuō)，機(jī)械方法以測(cè)試宏觀殘余應(yīng)力為目的，而物理方法則測(cè)試宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)力的綜合值。因此兩種方法測(cè)試的結(jié)果一般來(lái)說(shuō)是有區(qū)別的。

一、分離法測(cè)量殘余應(yīng)力
        切割法和套環(huán)法都是將被測(cè)點(diǎn)與其鄰近部分分開(kāi)以釋放殘余應(yīng)力，因此統(tǒng)稱分離法。它是測(cè)量殘余應(yīng)力的一種zui簡(jiǎn)單的方法，多用于測(cè)量表面殘余應(yīng)力或沿厚度方向應(yīng)力變化較小的構(gòu)件上的殘余應(yīng)力。
       （一）、切割法：在欲測(cè)部位劃線：劃出20mm×20mm的方格將測(cè)點(diǎn)圍在正中。在方格內(nèi)一定方向上貼應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變花，再將應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變儀相連，通電調(diào)平。然后用銑床或手鋸慢速切割方格線，使被測(cè)點(diǎn)與周圍部分分離開(kāi)。切割后，再測(cè)應(yīng)變計(jì)得到的釋放應(yīng)變。它與構(gòu)件原有應(yīng)變量值相同、符號(hào)相反，因此計(jì)算應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將所得值乘以負(fù)號(hào)。

釋放后的殘余應(yīng)力計(jì)算方法如下：
1、如果已知構(gòu)件的殘余應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)，只要在主應(yīng)力方向貼一個(gè)應(yīng)變片（如圖3.1）即可。分割后得釋放應(yīng)變ε，由虎克定律可知其殘余應(yīng)力為： σ=-Eε （1） 
2、如果構(gòu)件上殘余應(yīng)力方向已知，則在測(cè)點(diǎn)處沿主應(yīng)力方向粘貼兩個(gè)應(yīng)變片1和2（如圖3.2所示）。分割構(gòu)件后測(cè)出ε1和 ε2，計(jì)算殘余主應(yīng)力為：
3、如圖被測(cè)點(diǎn)殘余主應(yīng)力方向未知，則需貼三向應(yīng)變花（如圖3.3所示）。連接應(yīng)變儀調(diào)平后，沿虛線切割開(kāi)，觀察應(yīng)變儀，直到切割處溫度下降到常溫時(shí)，測(cè)出再按（3）公式計(jì)算出主應(yīng)力及其方向來(lái)。

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