振動(dòng)時(shí)效與殘余應(yīng)力

1、振動(dòng)時(shí)效與殘余應(yīng)力振動(dòng)時(shí)效是我國上世紀(jì)八十年代從國外引進(jìn)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(dòng)應(yīng)力消除。從力 學(xué)機(jī)理上分析， 振動(dòng)時(shí)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(dòng)應(yīng)力大于材料的屈服極限， 這樣振動(dòng) 時(shí)由于材料進(jìn)入塑性區(qū)引起工件上應(yīng)力重新分布， 從而達(dá)到消除殘余 應(yīng)力的目的。鄭州機(jī)械研究所應(yīng)力測(cè)試技術(shù)中心， 作為國內(nèi)機(jī)械行業(yè)最權(quán)威的 應(yīng)力測(cè)試單位， 做了大量的振動(dòng)時(shí)效應(yīng)力消除試驗(yàn)， 得出以下幾點(diǎn)結(jié) 論。1、對(duì)于低水平殘余應(yīng)力工件振動(dòng)時(shí)效效果不理想對(duì)于低水平殘余應(yīng)力工件， 比如沒有大應(yīng)力集中的鑄件

2、， 由于振 動(dòng)時(shí)效時(shí)材料大部分沒有進(jìn)入塑性區(qū)， 而在彈性范圍內(nèi)， 無論應(yīng)力如 何變化，最終都恢復(fù)原始狀態(tài)， 不會(huì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)大振動(dòng)時(shí)效標(biāo)準(zhǔn) JB/T 5926-2005 振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)定方法規(guī)定， 焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力消除應(yīng)達(dá) 30以上。實(shí)際測(cè)量表明，這是一種誤 區(qū)，比如，我們對(duì)一個(gè) 16Mn 焊接構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效應(yīng)力消除效果測(cè)試。振動(dòng)時(shí)效前，測(cè)得焊縫附近最大殘余應(yīng)力 500 MPa ，振動(dòng)時(shí)效 后測(cè)得 300 MPa 。廠家非常高興，認(rèn)為效果非常好，消除達(dá) 40%， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振動(dòng)時(shí)效標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。然而， 16Mn 的屈服極限是 300

3、MPa 左右，如果認(rèn)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(huì)大于 300 MPa ，與振動(dòng)時(shí)效后的測(cè)量值一樣。其實(shí)，振動(dòng) 時(shí)效前測(cè)得的 500 MPa 是按殘余應(yīng)力彈性理論計(jì)算公式計(jì)算出來 的，而材料進(jìn)入塑性區(qū)時(shí)，其實(shí)際殘余應(yīng)力肯定小于 500 MPa 。如 果按理想塑性計(jì)算，殘余應(yīng)力沒有下降，當(dāng)然這是極端情況，意在說 明振動(dòng)時(shí)效的殘余應(yīng)力消除效果不能以彈性理論計(jì)算的結(jié)果為依據(jù)。 根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為，對(duì)于焊接構(gòu)件，振動(dòng)時(shí)效的殘余應(yīng)力 消除效果應(yīng)在 15% 左右。3、振動(dòng)時(shí)效對(duì)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(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的效果達(dá)不到 40%

4、，但塑性釋放應(yīng)變確實(shí)下降了 40%，所以振動(dòng)時(shí)效對(duì)消除構(gòu)件 的塑性應(yīng)變效果非常好。大量試驗(yàn)證明，對(duì)于焊接構(gòu)件，振動(dòng)時(shí)效的 塑性應(yīng)變消除效果達(dá) 40% 左右，甚至達(dá) 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(dòng)時(shí)效的構(gòu)件，尺寸穩(wěn)定性特別好， 即以后放置或再加工時(shí)構(gòu)件不再變形。綜上所述，振動(dòng)時(shí)效最適合于對(duì)殘余應(yīng)力要求不嚴(yán)但對(duì)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(shí)效相比， 振動(dòng)時(shí) 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(fèi)。所以對(duì)殘 余應(yīng)力要求不嚴(yán)的工件， 能用振動(dòng)時(shí)效處理的盡量用振動(dòng)時(shí)效。 必須 指出，振動(dòng)時(shí)效不適合于對(duì)殘余應(yīng)力要求較高的壓力容器的殘余應(yīng)力 消除。作者，趙懷普，西安交通大學(xué)力學(xué)系畢業(yè)，近三十來，長期從事 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析和有限元模擬計(jì)算工作， 曾創(chuàng)新性地采用實(shí)驗(yàn)力學(xué)與計(jì) 算力學(xué)相結(jié)合的方法， 提出了新的三維殘余應(yīng)力測(cè)量方法， 其論文在 國際期刊 Strain 上發(fā)表。在科研成果中，成功地把環(huán)芯法殘