振動時效是一種常用的工程材料處理方法，旨在消除其內部殘余內應力。該方法通過振動使工件內部的殘余應力和附加的振動應力的矢量和達到超過材料屈服強度的程度，從而引起材料的微小塑性變形，進而松弛和減輕材料內部的內應力。
工藝原理
振動時效的本質在于通過振動的方式向工件施加動態應力。當動態應力與工件自身的殘余應力疊加后，達到或超過材料的微觀屈服極限時，工件會發生微觀或宏觀的局部、整體的彈性塑性變形。這個過程會降低并均勻化工件內部的殘余應力，最終達到防止工件變形與開裂，穩定工件尺寸與幾何精度的目標。
工藝程序
振動處理技術，又稱振動消除應力，在我國被稱為振動時效。其基本流程是將帶有偏心重塊的電機系統（稱為激振器）安裝在構件上，并利用橡膠墊等彈性物品將其支撐。通過控制器啟動電機并調節轉速，使構件進入共振狀態。通常持續振動20至30分鐘后，即可達到調整殘余應力的目的，累積振動時間不宜超過40分鐘。
工藝守則
振動時效工藝守則是指導振動時效技術應用及檢查的總體原則，涵蓋以下內容：
- 總則部分：闡述守則的目的及適用范圍。
- 生產前準備：涉及設備檢查、儀器連接、工作場地定置管理等方面。
- 預分析：根據工件形狀預測可能出現的振型，以指導操作人員正確支撐工件及安裝激振器和傳感器。
- 試振：初步測試工件的固有頻率，驗證預分析的準確性。如預分析與實際情況不符，可通過此步驟進行調整。此外，還包含主振器頻率、激振力、振動時間的確定原則等。
- 振動處理過程：詳細描述整個振動處理的操作程序和各個程序的確定原則。
- 質量管理制度：規定時效效果的檢驗方法及檢驗方式。
- 儀器保養和維護：提供有關儀器保養和維護的信息。
工藝特點
振動時效因其獨特的特性，能夠在一定程度上替代熱時效。其關鍵參數包括支撐點、振型、激振點、加速度、固有頻率、時間和時效頻率。振動加速度、共振頻率、共振時間是決定工藝效果的主要參數。振動時效的優勢體現在以下幾個方面：
- 機械性能顯著提升：振動處理過的構件殘余應力可降低20%至80%，高拉應力區的降解幅度更大。這可以提高使用強度和疲勞壽命，減少應力腐蝕現象。同時，還可以提高構件抵抗變形的能力，穩定構件的精度，提高機械質量。
- 適用性強：振動時效設備輕便，可在任意場所進行現場處理。無論構件大小和材料種類，都可以使用振動時效技術。
- 成本節約：振動時效僅需30分鐘即可進行下一步驟，而熱時效至少需要一天以上的時間和大量的能源消耗。相比之下，振動時效可節省90%以上的能源和費用，尤其是省去了建造大型燜火窯的巨大投資。
工藝發展
振動時效技術的歷史可以追溯到1900年，當時在美國獲得了專利。然而，由于人們對熱時效的長期依賴，以及高速電機尚未普及，導致設備笨重、調節不便，這項技術未能得到廣泛應用和發展。直到20世紀60年代，隨著能源危機的出現，美國、英國、日本、聯邦德國等國重新研究振動時效的機理和應用工藝。70年代，可調高速電機的問世推動了振動消除應力裝置（VSR系統）的發展。目前，全球正在使用的VSR系統數量眾多，振動時效已成為許多國家機械構件必須采用的標準工藝之一。
工藝應用
振動處理在國外的應用廣泛，涵蓋了多種類型的構件。例如，英國一家機床公司的床身與立柱要求精度為0.01mm/2m，過去采用熱時效精度保持性差，改為振動時效后滿足了精度要求。美國PX工程公司使用振動時效消除8噸重焊接結構齒輪的內應力，減少焊接裂紋。此外，美國西北工業公司、華盛頓鋼鐵公司、英國噴氣發動機火焰筒襯里等多個案例均顯示了振動時效的重要性和有效性。
常見問題
由于部分用戶對振動時效的機理理解不足，盲目使用所謂的“全自動振動時效”設備，可能導致以下問題：
- 假時效：工件未發生共振或振幅極小，設備仍按預設程序打印或輸出時效參數、曲線，誤導操作者和工藝員判斷，實際上工件并未達到時效效果。
- 誤時效：工件雖產生共振，但產生的振型與所需振型不一致，動應力未加到工件需去應力的部位，導致時效效果不佳。
- 過時效：因不針對工件個性采用合理參數，盲目使用預設參數進行時效，可能因共振過度或振幅過大，導致工件內部缺陷擴大，甚至報廢。
工藝分析
為了確保振動時效的科學性，應在時效前分析工件的殘余應力分布、形位精度要求、未來工作載荷和潛在失效原因，制定合理的振動時效工藝，確定時效路線及重點時效部位。此外，應根據被時效的工件，選擇合適的振動時效設備，避免選擇簡單的“全自動振動時效設備”，而是選擇能夠適應工件特性的設備，以確保振動時效的科學性和有效性。
關于振動焊接技術
振動焊接技術是在振動時效技術基礎上發展而來的新技術。它通過對已焊接成型的構件進行處理，降低和均化焊接引起的殘余應力。振動焊接技術的獨特之處在于，它能在焊接過程中通過特定頻率范圍內的輕微振動，促進組織變化，細化晶粒，同時在熱狀態下通過熱塑性變形調整應變，降低殘余應力，防止焊接裂紋和變形，提高焊接質量。
參考資料 >
應變儀|應變采集器|殘余應力檢測|應變測量|振動時效.濟南西格馬科技.2024-10-26
HK3010全自動多維振動時效設備.華云官網.2024-10-26
不知道交流振動時效設備?看這里!.聚航科技.2024-10-26