振动时效

点击数:932020-03-20来源: 振动时效仪,振动时效机

振动时效技能是对工件施加改变的循环载荷来消除和减少内部剩余应力。该技能具有耗能少、作用显著、无污染、处理快速等长处,广泛应用于消除焊接件、重型工件的剩余应力。
振荡时效原理

  振荡时效是用激振设备在构件剩余应力会集处施加等幅交变循环激振力,构件在共振状况下获得较大的激振荡应力,在某个方向上的合应力超越资料的屈从极限,该处会发作屈从变形,引起剩余应力松懈并开释出来,使剩余应力均匀分布。这种办法不只能有用地下降峰值剩余应力,并且能使全体剩余应力值下降。

  下图为金属资料受等幅交变应变εB-εC作用时的应力应变曲线,图中OA为弹性载荷段,构件的初始剩余应力为σA,ACB是第一次发作屈从变形后的应力应变曲线。构件内的总应力超越屈从点而发作变形,在C处剩余应力沿弹性卸载荷线CB'下降,经过D点后曲线偏离CB'至B点,完结一次交变应变循环。经过屡次交变循环后,曲线循环安稳为C'E'B"EC',此刻剩余应力由σA减小至σE,剩余应力减小至安稳的进程就是振荡时效宏观机理的直观表示。

  要消除或减小工件中的剩余应力,必须满足以下条件:

  (1)构件内部剩余应力与激振器施加的激振荡应力叠加后的总应力应超越资料屈从极限。即σ残+σ动>σs,其中:σ残为构件内部剩余应力,σ动为激振荡应力,σs为资料的屈从极限。

  (2)跟着振荡时效时刻的增加,构件内部的剩余应力会由于发作塑性屈从而下降。当剩余应力下降到与振荡应力叠加后等于新的屈从极限时,构件内的将到达平衡,使构件尺度安稳性得到提高。

  (3)剩余应力随时效振荡的进行而下降,并终究到达平衡,假如要继续下降σ残,就必须增大σ动,否则在构件到达平衡后的振荡是无效的。

  从微观视点来看,剩余应力下降的实质是经过某种微观或部分的塑性变形使构件中的弹性应变能逐渐开释的进程。构件晶体内有大量位错存在,在循环应变下,位错战胜阻力发作滑移,使晶体发作微观塑性变形,剩余应力的峰值下降,使构件本来的内应力场发作改动,内应力下降并重新分布,进而到达平衡。

  在振荡交变应力的连续鼓励下,会不断被激发出位错。跟着不断对构件施加循环应力,位错将会变得更加均匀,位错的移动,即晶体屈从的开端,此刻资料开端发作塑性变形。上述进程将会使应力会集区的应力减小,剩余应力的峰值下降。
振荡时效特色

  在机械制作、航空、化工器械、动力机械等职业中,用钢、铸铁、有色合金等资料制作的各类零件成功地选用了振荡时效。振荡时效之所以得到各方面的遍及注重,是由于它具有如下特色:

  1、出资少。与热时效比较,它无需庞大的时效炉,可节约占地面积与贵重的设备出资。现代工业中的大型铸件与焊接件,如选用热时效消除应力则需制作大型时效炉,不只造价贵重,使用率低,并且炉内温度很难均匀,消除应力作用很差。选用振荡时效能够完全防止这些问题。

  2、出产周期短。天然时效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结,而振荡时效一般只需振荡数十分钟即可完结。并且,振荡时效不受场地约束,可减少工件在时效前后的往返运输。如将振荡设备安置在机械加工出产线上,不只使出产安排更紧凑,并且能够消除加工进程中发作的应力。

  3、使用方便。振荡设备体积小,重量轻,便于携带。由于振荡处理不受场地约束,振荡设备又可携至现场,所以这种工艺与热时效比较,使用简洁,适应性较强。

  4、节约能源,下降成本。在工件的共振频率下进行时效处理,耗能极小。实践证明,功率为186~746W的机械式激振器可振荡150t以下的工件,故大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%。

  5、振荡时效操作简洁,易于完成机械化主动化。可防止金属工件在热时效进程中发作的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度下降等缺陷,是现在唯一能进行二次时效的办法。

振荡时效工艺

  1、运用振荡理论对工件进行预分析

  依据工件形状,分析可能出现的振型。

  ①梁型零件:工件的长与宽比>3、与厚度比>5。

  支撑办法:两头自在,用3-4个橡胶垫支撑工件在距一端2/9处和7/9处。

  激振器固定在工件中心或中心一侧。

  ②箱型零件:工件长、宽、高比例挨近,因其固有频率高,一般激振器电动机转速难以到达,能够经过刚性衔接办法形成梁型工件加以处理。

  ③板型零件:工件长宽挨近,长度与厚度比>5。

  支撑办法:两头自在,用4个橡胶垫支撑工件在距一端1/3处和2/3处。

  激振器固定在工件中心。

  ④圆形工件:直径与厚度比>5,以4点支撑为住,安置在互笔直的两直径端部。激振器刚性卡在两支点之间。

  ⑤若工件长宽比很大、刚度小,应考虑多阶振型激振办法。

  ⑥小型零件应选用振荡台会集处理办法。

  2、振荡扫描工件固有频率和振荡强度

  ①处理目标的挑选:工件在振荡时效时是一个振荡体,它的共振频率与其本身的质量、刚度、阻尼有关。选用振荡时效要使工件能在激振器的频率范围内发作共振,也即工件与激振器固定后振荡体固有频率应小于激振器最高频率。因为大部分国产激振器电动机最高转速10000r/min,只能激发固有频率在167Hz以内的工件。当然能够选用单臂悬伸、多件刚性衔接等降频措施,或实行倍频共振等技能。

  ②扫描工件频率:振荡时效设备以主动扫描办法检测出被时效处理工件的共振频率和合适的振荡能盘强度。

  ③振荡强度是指振荡处理时激振器施加给工件的动应力。附加动应力与工件剩余应力叠加后,造成工件部分或全体塑性变形能够使工件剩余应力开释、均化、消除,进而提高基体抗变形才能。研讨标明过载系数K=动应力/剩余应力,能够表现振荡时效处理的有用性,一般K值为0.45取值较合理。在没有动应力检测的条件下能够用振幅指标替代。

  3、振荡处理

  ①激振:调理振荡时效设备到达扫描检测的工件固有频率,回复至亚共振状况,给予适度的激振力,坚持激振时刻获得时效作用。

  ②激振时刻:振荡时刻的长短意味着加载次数,依据美国马丁公司“二次扫描分析法”推荐:1t以内,10~15min;1~3t,15-20min;3~5t,20~30min;5t以上,30~40min。

  ③工件支撑点及激振点的挑选:不同类型的工件具有不同的振型,最佳的支撑方位应该是工件振荡波的节点处,支撑处选用弹性资料(橡胶垫等)。最佳的激振点是工件振荡波的波峰处,将激振器刚性夹持戏此处,能够激起最大的共振幅值和动应力。

振荡时效作用评定

  1、剩余应力测试法:一般有切割法、小盲孔法、X射线检测法,由于上述办法有必定的破坏性,现场难以操作仅作为试验使用。

  磁检测法:具有设备简单、易于操作、数据直观等特色,它不只能够检测剩余应力也能够丈量载荷作用下的应力改变。原理为:在磁场作用下应力发作磁异性,将磁导率的改变转化为电信号,经过传感器和电路,输出的电流(或电压)值反映应力的改变。该种办法跟着技能和产品的不断老练会扩大应用,但工件表面粗糙度有一些影响。

  2、尺度安稳性检测:尺度安稳性是定期对工件尺度精度的丈量来完成的。一是观测工件尺度精度随时刻延伸发作的改变,二是丈量工件在动、静载荷作用下的尺度改变(可与热时效比较)。此种办法作用好,但时刻在3个月以上,只适用在验证新型零件或新型工艺上。

  3、参数曲线观测法:可依据振荡时效设备处理进程实时打印a-t曲线的改变及a-n曲线振前后的改变评估振荡时效作用。出现下列现象可断定振荡时效有用:①a-t曲线上升后变平;②a-t曲线上升后下降,终究变平;③a-n曲线振后共振峰出现振幅升高、下降、左移、右移;④a-n曲线变得简洁而平滑;⑤a-n曲线振后出现低幅振峰增值现象。
振荡时效技能的开展方向和远景

  现在,振荡时效技能已在修建、机械、装备制作等范畴得到了广泛的应用。振荡时效技能与天然时效和热时效技能比较,具有低能耗、高效率、低成本、绿色环保等长处。跟着产品制作技能的开展,对构件性能的要求越来越高,新的时效工艺和理论也在相应地不断开展。归纳当前的研讨成果,振荡时效技能仍存在以下问题值得深入研讨探索:

  1、应力调控的微观作用机理

  需求研讨怎么使用振荡或活动的频率、功率和时刻去打破、消弱或增强晶格间约束力的机理,以及研讨高能声波在资料内部以强烈振幅传达所造成的部分升温对资料晶体原子战胜位错阻力做功的联系。终究经过有用地操控晶格间的约束力和松懈状况来完成有用调理和操控剩余应力。

  2、振荡时效作用检测技能

  参数曲线观测法及精度安稳性检测法均归于定性检测技能,难以获得定量数据。剩余应力丈量法虽然归于定量检测技能,但各种检测办法均包含必定的缺陷,检测精度不高,误差较大,特别是关于低幅值的剩余应力精确检测才能不能满足需求。

  3、剩余应力调控闭环设备的研制

  在经过振荡调控剩余应力的一起,实时检测调控区域内的剩余应力,将剩余应力值作为反应信号提供给调控系统,使得调控系统及时判断下一步的调控指令,从而完成对构件的部分原位定量闭环调控。现在,国内外还没有该类闭环设备。该设备的研制与出产将对机械制作工艺方案和在役构件的安全服役发作深远影响,具有良好的应用远景。

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