振动时效去应力效果
一、振动频率的确定
在共振状态下，可用小的振动能量，使工件产生大的振幅，得到大的动应力和动能量，从而使工件中的残余应力消除的更，工件获得的尺寸稳定性效果更好。
振动时效中的共振状态，是在外部激振器激振力的持续作用下，零件处于“受迫振动”时的一个特殊状态。它的条件是激振频率接近工件的固有频率，这时振动特性中的振幅—频率曲线出现一个峰值，振幅的陡然增大对振动时效产生附加动应力有利。
工件在振动时效时是一个振动体，它与其支撑用的弹性橡胶垫和激振器组成为一个振动系统，当该系统进行自由振动时，根据振动学原理，它的共振频率仅与系统本身的质量、刚度和阻尼有关。这个频率是由系统固有性质所决定的，称为固有频率。
振动时效中一个工件和它的支撑体组成振动学中一个质量和一个弹簧的振动系统，它的固有频率可用下列通式表示：
（4-1）
式中：-----固有频率（HZ）；K---弹簧的刚度（Kg/cm）；
m---振动体质量（Kg）。
图4-1示出了某均质等截面梁弯曲的频率及相应的振型。
由振动频率的方程解及上图可知，具有几个自由度的振动系统，有几个固有频率，按低至高
频顺序分别称为：固有频率（基本固有频率）；第二个固有频率……。对于每一个固有频率都有一个确定的位移形态，称为振型，就是说，对应每一个固有频率都有对应的一个振型。
工件的固有频率可用振动时效设备本身来测定，以VSR系列振动时效设备为例，只要按一下控制器面板上的“启动”按钮，整套装置就会在其扫频范围内寻找出被时效工件的固有共振频率，并将固有频率值、固有频率下所对应的工件的大振动加速度值及工件在固有频率周围的振动趋势图打印出来，使操作者一目了然。
图4-2
振动频率一般选择在共振峰，即工件的亚共振区，一般确定在共振峰高度的所对应的频率范围内，如图4-2所示，该工件的固有共振频率为4500r/min，共振时产生的大振动加速度（峰值）为60.0m/s2,则对工件的振动时效频率就确定为工件的振动加速度值在20.0~40.0m/s2区域内所对应的频率。具体的确定方式有两种：
．手动调节。将激振器频率调节到工件固有频率以下100r/min处，即4400r/min，观察控制器上加速度的值，然后再用手动慢慢升速，使加速度值升高在20~40m/s2范围内，具体掌握在多大的频率下，还要看工件的振动情况，若工件在共振状态时振动很激烈，则可选择在范围内，若工件振动不是很激烈，则选择在范围内。
.自动调节。VSR系列全自动控制器会自动地控制整套设备对工件进行频率、振动情况的测定，并给出数据及曲线图，并根据系统自动地确定对工件的振动频率，这一切无需人工干预，而只需按一下自动按钮就可完成。
振动时间的确定
由于各种零件的结构和重量不同，残余应力的大小分布不同，振动时效选用的振动时间也应有所不同。振动时间的长短对振动时效的效果，尤其是获得佳技术和经济效果是有一定的影响的。
除英国的振动时效工艺外，其他包括中国在内的所有国家所选用的都是长时间的亚共振处理方法。
英国的振动时效工艺主要内容是控制器控制激振器的激振频率以一定的速度升高，当升高到工件的固有频率附近时，工件产生共振，这时控制器就控制激振器在工件的共振频率上激振约5000次，然后激振器再以一定的速度升速，若再遇上工件的共振频率，再在这个共振频率下施振5000次，之后，再升速直至升到激振器的高转速极限，之后，再快速扫描一次，这时激振器不再在共振频率处停滞，整个处理过程在很短的时间内就告完结。
其它国家的振动工艺是选择在工件的亚共振区进行较长时间的亚共振处理，在本书的部分中所讲的激振频率的选择就是依据这个原则，那么，究竟选择多长时间为宜呢？经过大量的试验证明，振动消除残余应力大部分是在分钟内完成的，五分钟之后的处理效果已不再明显。为此，我们一般按表4-1原则选择振动处理的时间，经过十几年的证明，基本上能满足振动工艺的要求。
振动时效对工件残余应力的影响
零件内部的残余应力是使其尺寸精度不稳定的主要因素。影响尺寸稳定性的不仅是残余应力数值的大小，应力分布的均匀性也有着重大的影响。振动时效常被认为是消除工件残余应力的一种有效方法，但一系列试验研究证明，振动时效对均化残余应力也有更明显的作用。
通过实践和试验证明，振动时效对减少和均化残余应力皆有着良好作用。这是由于振动过程中，工件受周期性附加动应力的作用，在应力集中处发生局部的塑性变形，继而又在整体上发生较大的塑性变形。峰值应力处产生的塑性变形较大，而其它部位则相对较小。正是由于这种塑性变形导致了工件中残余应力的降低和均化。
振动时效对工件抗变形能力的影响
零件的变形不仅取决于残余应力的大小和分布，还与松弛刚性和抗变形能力有关。振动时效不仅能够减小和均化残余应力，还可提高材料的抗变形能力。对振动处理后的工件进行加静载和加动载试验，可证实这一点。
试验证明了振动处理的铸件比不经时效的铸件抗静载能力提高30﹪左右，抗动载能力提高1~3倍，抗温度变形能力也提高近30﹪。与经过热时效的铸件相比，振动件的抗静载能力提高40﹪以上，抗动载能力提高70﹪。
工件经振动时效后抗变形能力的提高可用循环加载下工件材料弹性性能的提高来解释。而振动时效实质上是对工件附加一种循环动应力。例如在5kg∕mm2动应力下的弹性模量提高10-20﹪，而在10kg∕mm2时提高30-50﹪。
振动时效是在构件焊接完成后在常温下进行的。因此要使动应力和残余应力之和大于材料常温下的屈服极限（σS）则具有较大激振力。振动焊接是在焊接的整个过程中，包括降温过程在内，给被焊构件一个较轻微的振动，使焊缝在热状态下调整应变而改变热应力场，从而达到降低和均化应力。焊接结构的破坏大多数是疲劳破坏，而且疲劳破坏大多数发生在焊缝附近，这是近一来人们所公认的。因为它是焊接结构普遍存在的问题。因此在研究振动焊接技术的时候研究振动焊接对疲劳性能的影响。在振动时效机理的研究中，已经实验证明：由于降低和均化了应力，使焊缝的疲劳性能增强，构件的疲劳寿命得到提高。振动焊接可以大幅度提高焊接结构件的疲劳寿命，提高率在70%以上，振动焊接确实是提高焊件疲劳寿命的有效方法。平台振动焊接（即不共振的振动焊接）提高疲劳寿命的效果优于共振的振动焊接。
振动焊接技术的特点决定了该项技术的适用性。各种实验验证了该项技术有如下的特点：
．焊接结晶过程中振动可使晶粒细化，因此使焊缝材料力学性能显著提高，材料的屈服极限σS、强度极限σb均可提高10%~30%，这有助于防止焊接热裂纹和冷裂纹的发生。
．降低焊接残余应力30%以上，这有助于于防止或减少焊接构件使用中发生裂纹，延长使用寿命，稳定构件的尺寸精度。
．降低焊接变形30%以上，如果采用“予刚度法”和“予应力法”则变形可降低60%以上，达到设计要求。
．由于晶粒细化和残余应力的降低，提高了焊缝断裂韧性20%以上，的提高了焊缝材料抗开裂的能力。
．提高疲劳极限15%以上，提高焊缝疲劳寿命70%以上。这是各种效果的综合值，提高使用寿命这也是各种附加工艺所追求的终目标。
．减少砂眼、跳焊等，使焊接纹理细密，减少根部的应力集中，显著提高焊接质量。
．可免除焊接予热过程或降低予热温度。
．可排除焊后的热时效或振动时效处理。
．显著的防止或减少焊接裂纹，这是振动焊接一项的特点。
根据上述优点，我们不难看出振动焊接技术比起振动时效来说具有更广阔的前途和更大的适用性。可以说振动焊接技术在所有的焊接过程中均可应用，特别是对于焊接中易出现裂纹和变形的构件应先选用振动焊接。对于压力容器，如能采用振动焊接一定会获得更好效果，必将大大增加设备的安全度。
