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技術(shù)文章

振動時效與殘余應(yīng)力

閱讀:1627          發(fā)布時間:2010-10-28
振動時效是我國上世紀八十年代從國外引進的一種殘余應(yīng)力消除技術(shù),名詞譯自英語Vibrating Stress Relief,即振動應(yīng)力消除。從力學機理上分析,振動時效消除殘余應(yīng)力的原理是,使工件發(fā)生共振或接近共振,其殘余應(yīng)力疊加振動應(yīng)力大于材料的屈服極限,這樣振動時由于材料進入塑性區(qū)引起工件上應(yīng)力重新分布,從而達到消除殘余應(yīng)力的目的。
鄭州機械研究所應(yīng)力測試技術(shù)中心,作為國內(nèi)機械行業(yè)zui的應(yīng)力測試單位,做了大量的振動時效應(yīng)力消除試驗,得出以下幾點結(jié)論。
 
1、對于低水平殘余應(yīng)力工件振動時效效果不理想
對于低水平殘余應(yīng)力工件,比如沒有大應(yīng)力集中的鑄件,由于振動時效時材料大部分沒有進入塑性區(qū),而在彈性范圍內(nèi),無論應(yīng)力如何變化,zui終都恢復(fù)原始狀態(tài),不會消除殘余應(yīng)力,與理論分析相符。
 
2、殘余應(yīng)力消除效果沒有標準規(guī)定的指標大
振動時效標準JB/T 5926-2005《振動時效效果評定方法》規(guī)定,焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力消除應(yīng)達30%以上。實際測量表明,這是一種誤區(qū),比如,我們對一個16Mn焊接構(gòu)件進行振動時效應(yīng)力消除效果測試。振動時效前,測得焊縫附近zui大殘余應(yīng)力500 MPa,振動時效后測得300 MPa。廠家非常高興,認為效果非常好,消除達40%,遠遠大于振動時效標準規(guī)定的指標。然而,16Mn的屈服極限是300 MPa左右,如果認為材料是理想塑性的,16Mn焊接構(gòu)件上的殘余應(yīng)力都不會大于300 MPa,與振動時效后的測量值一樣。其實,振動時效前測得的500 MPa是按殘余應(yīng)力彈性理論計算公式計算出來的,而材料進入塑性區(qū)時,其實際殘余應(yīng)力肯定小于500 MPa。如果按理想塑性計算,殘余應(yīng)力沒有下降,當然這是情況,意在說明振動時效的殘余應(yīng)力消除效果不能以彈性理論計算的結(jié)果為依據(jù)。根據(jù)大量試驗結(jié)果,我們認為,對于焊接構(gòu)件,振動時效的殘余應(yīng)力消除效果應(yīng)在15%左右。
 
3、振動時效對消除構(gòu)件的塑性應(yīng)變效果非常好
上述例子也說明,雖然振動時效消除殘余應(yīng)力的效果達不到40%,但塑性釋放應(yīng)變確實下降了40%,所以振動時效對消除構(gòu)件的塑性應(yīng)變效果非常好。大量試驗證明,對于焊接構(gòu)件,振動時效的塑性應(yīng)變消除效果達40%左右,甚至達50%以上。塑性應(yīng)變涉及到構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定性,所以經(jīng)過振動時效的構(gòu)件,尺寸穩(wěn)定性特別好,即以后放置或再加工時構(gòu)件不再變形。
 
綜上所述,振動時效于對殘余應(yīng)力要求不嚴但對尺寸穩(wěn)定性要求較高的焊接構(gòu)件的殘余應(yīng)力消除。畢竟與熱時效相比,振動時效非常節(jié)約能源,不需要建大的退火爐,大大節(jié)省了經(jīng)費。所以對殘余應(yīng)力要求不嚴的工件,能用振動時效處理的盡量用振動時效。必須指出,振動時效不適合于對殘余應(yīng)力要求較高的壓力容器的殘余應(yīng)力消除。

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