消除残余应力的方法

振动平台振动时效工艺
对于一些中、小件，如果单个进行振动时效处理，肯定是令人的事，这时您可以考虑采用振动台式的方式。关于振动台得设计问题是一个非常复杂的问题，既不懂振动时效原理，又对理论学知之甚少的人是难以胜任的。我曾遇到过多次这样的事情，有限是振动时效设备生产厂家的人员和用户讲，您们焊块大钢板，把工件紧在上面就可以了，结果用户这样做了，但起不到效果。在去年被邀请到一家钢铁厂去帮助解决问题。他们提出了用振动台处理构件加工后变形仍很大，我看过他们的振动台后，告之他们问题就在振动台上，在振动处理时工作台得刚度很明显的小于工件的刚度，这样激振器的能量（或者说动应力）怎么能通过工作台加工到工件上呢？后来帮助他们重新设计，修改。效果就不一样了，完全合格。
总结起来说设计振动台必须牢记以下原则：
1、首先要保证振动台的刚度应大于工件的刚度。
2、应使振动台和工件组成一体系的中性面接近工件和振动台的接触面。
3、振动台的大小应以工件的大小及批量来确定。
振动台上工件的布置应以工件获得能量为原则。

108吨矿用自卸汽车的定点厂，经使用证明，该车性能良好、结构合理。但是，由于作业环境比较恶劣，运行中的汽车车架多次出现断裂裂纹，裂纹部位多发生在中横梁管环缝焊接处及举升轴侧加强板上。
分析认为除材料本身特性及结构应力等原因外，主要是焊接应力造成的（全车四个大的环缝焊区包含五十二个小的焊接环缝）。经动应力测试证明，该车架大部分焊缝区的焊接应力在0.5~0.7σS，个别点接近σS量级。
为消除或降低108吨汽车车架焊接残余应力，防止断裂裂纹发生，原计划建造大型焖火窑，进行热时效处理，但因费用昂贵，未能实施。2005年四月份，厂方与上海乐展电器有限公司一起，经过多次试验研究，用振动时效处理代替热时效消除或降低108吨汽车车架焊接残余应力，效果十分理想。
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

在水工金属结构、水力机械行业，广泛存在特大型构件、多种材质组合件、现场焊接构件等特殊水工构件，由于不具备特大型退火炉，而且处理时间长、运输困难，无法采用热时效进行消除应力处理。如浙江省水利水电勘测设计院（简称我院）设计的浙江省白水坑水电站压力钢管出口处的钢岔管，为卜型岔管，主要直径3.85m，两只管直径各为2.27m，岔道全长10.78m，宽7.35m，材质为16Mn，重量36000Kg，承压静水头115m。该工件结构复杂，由多片不规则钢板及较厚的月牙肋组焊而成，存在着较大的焊接残余应力，尤其是在月牙肋与主管和支管间的焊缝附近。由于该岔管属于大型焊接构件，因此迫切需要寻求一种可靠、高效的消除残余应力工艺方法。
2 振动时效工艺
振动时效工艺（Vibratory Stress Relief）简称VSR技术，自20世纪70年代末从国外引进，经过国内的系统研究和消化吸收后，近年来不仅已在航天航空、石化、机床、机车车辆、冶金、造船、矿石机械、水工机械、等行业推广使用，而且还制定了相应的行业指导技术文件和推荐标准——HB/Z229—93《振动时效主要参数及技术要求》，以及JB/T5926—91《振动时效工艺参数选择及技术要求》。这些足以说明振动时效技术、已成熟，并已有据可依。
振动时效是基于谐波共振原理，将激振器产生的周期性振动力通过共振因子放大，从而使被处理的构建获得相应的能量，此能量相当于热时效的热能，驱使工件内原子产生更大的振动，材料发生局部屈服，使晶体内部错位和晶界产生微观滑移，引起微观塑性变形，致使残余应力在量值上减少和整体应力在较低水平上的重新分布；在宏观上，通过外加的交变应力与工件内残余应力叠加使工件在较大残余应力区产生局部屈服，从而引起应力松弛和残余应力在量值上的减低。它不会改变材料的机械性能，也不会引起任何材料金相组织的变化。
压力钢管在制作过程中会产生较大的残余应力，尤其是岔管，由于结构复杂，焊接后其内部残余应力较大，为**钢岔管运行的可靠性，必须对焊接后的岔管进行消除残余应力处理。降低残余应力的方法在DL5017—93《压力钢管制造安装及验收规范》有明确规定。由于热处理的工艺设备投资大，处理时间长，且大口径岔管整体热处理后运输难度大，而振动时效技术作为一种高效节能技术，在相关行业已成熟应用，其设备便携，操作方便，对要求不改变构件材料金相组织的压力钢管来说，是一种高效地处理其残余应力的方案。
3 白水坑水电站钢岔管的振动时效处理
白水坑水电站装机容量2*20MW，为引水式水电站，设计静水头115m，一管二机布置，压力钢管出口处的钢岔管为卜形岔管，由厚度20.22.25mm的钢板卷拼成型，岔管月牙肋的厚度70mm，材料均为16Mn。该岔管的进口端中径3850mm，出口端中径各为2270mm，重量36000kg，于2002年9月由浙江省正邦水电建设有限公司制作完成。由于在岔管的成型和焊接使会产生大量的残余应力，我院设计要求岔管应经过退火消除残余应力处理，而就近的退火炉根本无法满足该岔管的退火工艺要求，且工程建设施工周期十分紧迫。经过多次消除残余应力方案研究及论证，并委托水利部产品质量标准研究所对岔管固有频率进行估算，认为采用振动时效技术降低及均化岔管残余应力是可行的。鉴于全国振动时效技术的推广中心华东分中心长期使用振动时效技术的经验，为此经业主、设计、监理等有关各方协商，本次白水坑水电站钢岔管的振动时效处理委托该中心进行。
2002年10月23~25日，水利部全国振动时效技术推广中心华东分中心携设备赴白水坑水电站施工现场对上述钢岔管进行振动时效消除应力处理。业主、设计、制作、监理、等有关各方常见本次实施过程。
3.1 岔管振动时效处理工艺方案
转数范围：2000 R/Min-8000 R/Min；
激振力调整范围：0-50KN；
电机额定功率：1500W；
适宜处理工件重量：≤30吨
稳速精度：±1R/Min；
加速度量程：0-50.0g；
电机额定电流：10A；
电机额定电压：150V；
供电电源电压：交流220V±10%，50HZ±4%；
绝缘等级：E级；
工作条件：环境温度：-10℃—+40℃；相对湿度：不大于80%（25℃）；

振动时效设备的构造原理
振动时效技术应用需要有专门的振动时效设备，振动时效设备大体上由控制器，激振器，传感器等三部分组成。
一、控制器：控制器是振动时效装置的心脏，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，并吧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。
控制器一般由CPU板、控制板、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基本功能，
二、激振器：激振器是振动时效装置的执行部分，对于构件的振动时效处理，就是通过激振器来完成的。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，电机带动偏心两可调的偏心块运转，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。
三、传感器：传感器是用来测试工件的振动情况的，它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。
HK系列振动时效装置是根据十多年的振动时效实际工作经验，并对包括美国马丁公司产品在内的多种振动时效装置的实际长期使用、摸索、研究后，结合建伟成熟的振动时效理论及工艺研究而研制成功的具有全自动专家系统控制体系的振动时效装置，它与现有的振动时效装置相比，突出的优点是：
1.控制其中的专家系统会自动地确定振动时效工艺参数，如果是操作者自己选择参数，当参数不合适时，控制器会自动关机，并告知不合适的原因，指示您再调整。
2.对振动处理的数据及曲线，微机先记忆起来，然后按操作者的需求方式给予打印。
3.由于采用的是软件控制，所以控制器不仅具有可编程功能，而且电子元件个数大大减少，故障率极低，又由于采用的插板式结构，即使一般人员维修起来也特别方便。
4.由于激振器各部分是经过严格挑选的，所以其可靠性大大提高。
5. 一台控制器各可控制多种规格的激振器。
6.时效过程中动态检测工件应力的消除情况，做到适时停机。

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