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消除應(yīng)力的方法

消除應(yīng)力的方法分為：自然時(shí)效法、熱時(shí)效法、振動(dòng)時(shí)效法、超聲沖擊法和施加壓力法。

自然時(shí)效法是去應(yīng)力設(shè)備出現(xiàn)早期普遍使用的一種方法。原理就是把金屬工件露天放置三五個(gè)月，經(jīng)過大自然的風(fēng)吹雨淋，緩慢的釋放應(yīng)力的一種方式。此去除應(yīng)力的方法經(jīng)過一年自然時(shí)效的工件，殘余應(yīng)力僅下降2～10％，但是卻較大地提高了工件的松弛剛度，因而工件的尺寸穩(wěn)定性很好。但因其時(shí)間太長，一般不在實(shí)際生產(chǎn)中采用。

熱時(shí)效是傳統(tǒng)的時(shí)效方法，它是利用熱處理當(dāng)中的退火技術(shù)，通常是將工件加熱到500～650℃進(jìn)行較長時(shí)間的保溫后再緩慢冷卻至室溫。在熱的作用下通過原子擴(kuò)散及塑性變形使內(nèi)應(yīng)力消除。從理論上講采用熱時(shí)效時(shí)，只要退火溫度和時(shí)間適宜，應(yīng)力可以*消除。但在實(shí)際生產(chǎn)中通常認(rèn)為可以消除殘余應(yīng)力的70～80％，與此同時(shí)它能造成工件材料表面氧化、硬度及機(jī)械性能下降等缺陷。因此，人們一直在研究更好的方法來消除殘余應(yīng)力。

振動(dòng)時(shí)效是在上個(gè)世紀(jì)初期產(chǎn)生并發(fā)展起來的消除應(yīng)力新方法。即工件在激振器所施加的周期性外力作用下產(chǎn)生共振，松弛殘余應(yīng)力，獲得尺寸精度穩(wěn)定性。也就是在機(jī)械的作用下，使構(gòu)件產(chǎn)生局部的塑性變形，從而使殘余應(yīng)力得到釋放，以達(dá)到降低和調(diào)整殘余應(yīng)力的目的。但機(jī)械作用使應(yīng)力消除的程度是有限的，不可能*消除。因此振動(dòng)時(shí)效往往是把應(yīng)力降低（主要是降低殘余應(yīng)力峰值）和重新分布作為主要目的。

振動(dòng)時(shí)效又稱振動(dòng)消除應(yīng)力，指在通過控制激振器的激振頻率，使工件發(fā)生共振，讓工件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕蛔冞\(yùn)動(dòng)并吸收部分能量，以致內(nèi)部發(fā)生微觀粘彈塑性力學(xué)變化，從而降低工件局部峰值應(yīng)力和均化工件的殘余應(yīng)力場尤其是表面的應(yīng)力集中區(qū)域，zui終防止工件變形與開裂，保證以后的尺寸穩(wěn)定精度。它是上個(gè)世紀(jì)初期開始出現(xiàn)并在五十年代以來獲得廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)消除應(yīng)力的新技術(shù)。

超聲沖擊法消除應(yīng)力也是現(xiàn)如今機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域普遍使用的方法，此方法消除焊縫應(yīng)力能夠達(dá)到80%-90%左右，消除應(yīng)力是非常好的，但是這種方法主要是針對于焊縫來沖擊的故對于整體構(gòu)件的去應(yīng)力處理還是比較的慢切加工時(shí)間很長，多使用與航空航天件、大型船體件等

可見，采用振動(dòng)時(shí)效來調(diào)整殘余應(yīng)力的技術(shù)是十分簡單和可行的。

振動(dòng)時(shí)效之所以能夠部分地取代熱時(shí)效，在實(shí)際當(dāng)中被廣泛應(yīng)用，是與該項(xiàng)技術(shù)具有的一些明顯的*特征分不開的。

1、投資少適用性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的熱時(shí)效相比它無需龐大的時(shí)效爐，現(xiàn)代工業(yè)中的大型鑄件與焊接件越來越多也越來越大，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)效可以*避免這些問題。因此，目前對長達(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。

2、生產(chǎn)周期短效率高。熱時(shí)效往往需要經(jīng)過數(shù)十小時(shí)的周期方能完成，而振動(dòng)時(shí)效一般只需數(shù)十分鐘即可完成。而且，振動(dòng)時(shí)效不受場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程中產(chǎn)生的應(yīng)力。

3、使用方便。振動(dòng)時(shí)效設(shè)備體積小、重量輕，便于攜帶，我國目前生產(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)備其總重也不過一百公斤。正是由于振動(dòng)處理不受場地限制，振動(dòng)裝置又可攜至現(xiàn)場，所以這種工藝與熱時(shí)效相比，使用簡便，適應(yīng)性較強(qiáng)，可安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越高的環(huán)保要求。故振動(dòng)時(shí)效已逐漸成為去應(yīng)力的*選擇。

5、機(jī)械性能顯著提高。經(jīng)過振動(dòng)時(shí)效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。可提高使用強(qiáng)度和疲勞壽命，而且從根本上防止了金屬在熱時(shí)效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。還可以提高構(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。

實(shí)踐證明，振動(dòng)時(shí)效適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鋅及其合金）等材質(zhì)的鑄件、鍛件、焊接件及機(jī)加工件的應(yīng)力消除。

當(dāng)然振動(dòng)時(shí)效也存在著一定的局限性；首先它有一定的噪聲特別對于箱形和板形工件時(shí)效噪聲較大；其次工藝效果在很大程度上取決于工藝員對工件關(guān)鍵部位及需重點(diǎn)去應(yīng)力部位的理解和現(xiàn)場有效振型的選擇；再有，它不適于高壓容器、殘余應(yīng)力較小的工件、大尺寸的薄板焊件、薄壁鑄件、大部分冷加工件、彈性結(jié)構(gòu)應(yīng)力為主的工件、剛性過大或尺寸過小的工件。

盡管振動(dòng)時(shí)效有一些局限性但在部分行業(yè)和部分材質(zhì)的零件上的時(shí)效效果還是非常顯著的。隨著人們對振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的進(jìn)一步了解，可以逐步減小它的局限現(xiàn)性。如通過對工件采取隔離，或錯(cuò)開工作時(shí)間等辦法可降低時(shí)效的噪聲；對于部分不適用激振器進(jìn)行時(shí)效處理的可通過振動(dòng)平臺來進(jìn)時(shí)效處理；以及對相關(guān)工藝人員進(jìn)行培訓(xùn)的方法等等，到目前為止我國已有數(shù)千家機(jī)械廠在使用振動(dòng)時(shí)效。正是由于振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的不斷發(fā)展、經(jīng)濟(jì)效果日益明顯，才使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在機(jī)械制造、航空、化工器械、動(dòng)力機(jī)械、造船等行業(yè)中，鑄件、鍛件、焊接件及有色合金等材料制造的各類零件均成功地采用了振動(dòng)時(shí)效。振動(dòng)時(shí)效已越來越受到各方面的重視，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣闊。