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介紹了振動時效的原理、發(fā)展，討論了振動時效在地磅產品的秤體及傳感 器制造中的應用，指出振動時效可提高大型地磅機械部分的質量，降低或消除大型衡器秤 體焊接加工中的殘余應力，消除稱重傳感器性體機械加工應力，提高稱重傳感器的技術 指標。

1.前言

在機械件制造過程中不可避免會產生殘余應 力，特別是焊接、鑄造、鍛造等過程的殘余應力， 輕則使工件嚴重變形而無法使用或影響其固有性 能，重則使工件直接開裂，造成嚴重事故，像挪 威的27.5萬噸級油輪在北海斷裂就是因為其中的 一個錨墩上的焊接殘余應力使其產生裂紋引起的， 造成了極為嚴重的損失和環(huán)境污染。通常消除殘余應力的方法是通過時效處理來解決。傳統(tǒng)的時 效方法是自然時效和熱時效，由于自然時效周期 長，造成資金大量占用，現(xiàn)已很少使用；熱時效 盡管效率高、效果好，但其能源消耗高、對環(huán)境 污染嚴重，處理工件也需要投入較多的資金，也 不是一個可取的去應力時效方法，也不符合當前 節(jié)能環(huán)保的發(fā)展方向，振動時效就是在這種背景下應運而生的。

振動時效在工業(yè)發(fā)達國家已被廣泛采用，像 美國某應力消除公司擁有350臺振動時效設備， 進行過5000多項振動時效處理，結果分析成本僅 為熱時效的10%,英國和西德對飛機裝配型架的 焊接梁和框架普遍采用了振動時效。我國近年來 在振動時效的研究與應用方面也取得了長足的進 展，經過振動時效的工件尺寸精度穩(wěn)定性良好， 振動時效費用僅為熱時效的10%左右，能源消耗 不到熱時效的5%。由于振動時效的技術經濟效果 非常顯著，其應用范圍也不斷擴大，在機械制造、 航空、化工器械、動力機械等行業(yè)，振動時效已 得到了廣泛的應用，近幾年在衡器的焊接秤體和傳感器彈性體加工的消除殘余應力上已開始應用。

2.振動時效簡介

2.1什么是振動時效

振動時效 VSR 是 Vibrating Stress Relief 的英 文縮寫，是振動消除應力之意。振動時效又稱振 動消除應力法，它是將工件（包括鑄件、鍛件、 焊接結構件等在其固有頻率下進行數(shù)分鐘至數(shù) 十分鐘的振動處理，消除其殘余應力，使尺寸精 度獲得穩(wěn)定的一種方法。這種工藝具有耗能少、 時間短、等特點。

2.2振動時效技術在我國的發(fā)展歷程 我國的振動時效設備，是從上世紀七十年代 開始仿造國外的振動時效設備自主生產的，在隨 后的二十多年中，只能生產手動型振動時效設備, 這種設備只能靠操作人員憑感覺和經驗進行振動時效處理，存在振動時效質量難以保證以及操作 復雜的問題；隨著計算機技術在振動時效設備上 的使用，在上世紀九十年代末，開發(fā)出了全自動 振動時效設備，這種設備可以由計算機自動選擇 振動時效關鍵的振動時效工藝參數(shù)，能有效保證 振動時效質量，而且操作簡便。

尤其是近兩年，視頻音頻監(jiān)控型、遠程無線 反向監(jiān)控型、廣播監(jiān)控型、USB電子文檔通訊型 等振動時效設備已在振動時效上得到了廣泛的應 用，使振動時效技術邁上了更新的高度。

2.3振動時效技術的時效原理 傳統(tǒng)的振動時效的實質是以振動的形式給工 件施加附加應力，當附加應力與殘余應力疊加后， 達到或超過材料的屈服極，工件發(fā)生微觀塑 性變形，從而降低和均化工件內的殘余應力，達 到穩(wěn)定工件尺寸精度，避免工件變形影響使用和 工件開裂的目的。

現(xiàn)代振動時效是通過工件在外界機械力皦 振器的作用下使工件產生共振他稱為共振時 效，使工件在交變運動中吸收能量，在工件內部 產生微觀粘彈性塑性變形，以降低工件局部的峰 值應力，并均化工件的殘余應力場，最終避免工 件的變形與開裂，以穩(wěn)定工件的尺寸精度，它的 效果介于熱時效與自然時效之間。

2.4振動供振時效技術的基本操作方法 與振動時效的效果

2.4.1振動時效的基本操作方法

振動時效的基本操作方法簡單，只需將激振 器牢固地固定在被處理工件的適當位置上，通過 振動設備的控制部分，根據(jù)工件的大小和形狀調節(jié)激振力，并根據(jù)工件的固有頻率調節(jié)激振器的 頻率，直到使工件上的振動傳感器睡度計和加 速度計所接收的信號達到峰值，在這一狀態(tài)下 持續(xù)振動一段時間，即可完成振動時效設備的操 作，達到消除應力、穩(wěn)定工件尺寸精度的目的。

2.4.2振動時效的效果

工件傳統(tǒng)的振動時效處理與熱時效處理的不 —樣，熱時效處理的工件

這些因素都能影響稱量準確度或造成秤體的損 壞。當焊接殘余應力和加載應力疊加后超過了材 料的屈服極限（a)后是產生變形，引起原來 安裝好的部件移位或損壞，超過材料的強度極限 (ab后就造成秤體的焊縫主要在熱影響區(qū) 開裂等問題。

在電子軌道衡的箱形梁焊接結構中，由于焊 縫高度更大，焊接部位更多，且多為連續(xù)的全焊， 焊接殘余應力的緩慢釋放造成的變形會更大，稱 重時火車的載荷比汽車衡要大得多，影響就會更 嚴重，其原理與圖1相同，在此不再贅述。

前面已論述了消除焊接殘余應力的三種方法及其經濟性對比，在這里不再繁說。對于像汽車 衡或軌道衡秤體這些大型構件采用自然時效周期 太長，從經濟的角度來講是不劃算的；采用熱時 效不僅不現(xiàn)實也不經濟，同時還會消耗大量的能 源，與當前的環(huán)保節(jié)能的要求格格不入，同時還 存在因支撐位置不合理時引起秤體熱變形，影響 使用。振動時效作為經濟、高效、環(huán)保、節(jié)能的 消除殘余應力方法，理所當然地成，尤其 是在消除焊接殘余應力方面，效果尤為顯著。

振動時效技術已在數(shù)百種行業(yè)中得到了廣泛 的應用，像機床、冶金、航天發(fā)射平臺、洲際筒等都是通過振動時效來消除其焊接殘余 應力的，以保證構件性能。下面的圖2是某機械 構件焊接框架振動時效前后殘余應力分布圖，殘余應力的峰值明顯下降，殘余應力場得到了均化, 這個工件的形狀與電子汽車衡的秤體差不多，承 重主梁的結構與電子軌道衡秤體差不多，如果大 型工業(yè)衡的秤體在安裝調試前或在生產過程中進 行了振動時效處理，也就不會出現(xiàn)前述的問題了。

現(xiàn)在的振動時效技術已不是過去的以經驗定 性地（過去的自然時效和熱時效也是如此評定 時效效果了，而是通過可量化的方式來評定振動 

目前的振動時效設備及其控制已經很優(yōu)良了, 不僅有10〃液晶屏顯示，而且還可通過控制軟件在 PC上直接運行，下面的圖片如圖6就是一個

實例：在振動時效設備界面上清晰地顯示著振動 電機的轉速、電流、振動時效的時間、加 速度值等工藝參數(shù)，振動時效產生的效果：三個 方向上的動應變<jj)< span="" style="outline: none;">、應變的釋放值<jj< span="" style="outline: none;">)、被 處理工件內的殘余應力MPa等，還可動態(tài)實時 顯示振動時效相關的工藝曲線。

從上述可知，振動時效技術應用于大型工業(yè) 衡秤體的去應力時效處理不僅是可行的，而且也 是比較經濟的一種工藝技術。根據(jù)在其它結構件 振動時效件處理的數(shù)據(jù)，經過處理后的工件其強 度、抗彎截面模量、彈性模量均不受影響。為了 節(jié)省篇幅，在此不再列舉相關數(shù)據(jù)。

4振動時效技術在稱重傳感器制造中的應用，稱重傳感器在制造過程中機械加 工是的，在車、刨、銑、鉆等工序中不 可避免地給彈性體表面留下切削應力、擠壓應力， 磨削可能相對會小一點。如果加工過程是無冷卻 或冷卻不良的話也會因受熱不均勻而產生熱應力， 尤其是在貼應變片的區(qū)域，切削量很大，多為一 些深孔狀結

構又不利于散熱，有的還要再做研磨 和噴砂處理（以增加應變片粘貼后的牢固度，也 會產生相應的加工應力，這些應力盡管不致于使 工件變形和損壞，但在隨后的應力釋放過程中會 使貼上的應變片產生微應變，改變了傳感器的零 點輸出，這就是我們通常說的傳感器的零點跑了 土話叫留數(shù)，這一問題已困擾了傳感器制造廠 家許多年了。在發(fā)現(xiàn)了原因之后，首先大家想到 熱時效，但一分析便被否決了，因為熱時效處理 的溫度會影響彈性體的金相組織，從而影響彈性 體的使用性能，采用存放依靠自然釋放加工應力 的方法，一是周期太長，二是究竟放多長時間方 可有效難以確定，況且在目前市場機制下，多是 以合同訂單來確定生產的，也不可能采用這種方 法。后來有的單位采用了深冷技術來消除彈性體 的加工應力，這種方法雖然不錯，但存在設備購 置費用高、能耗高、時效周期長的缺點。國內一 家最大的傳感器制造商在了解了振動時效技術后, 通過做前期試驗，采用了此技術，使其制造的傳 感器性能得到了很大的提高，已做為一種新技術 幾乎應用到了其所有的傳感器制造中去了。

5.結束語

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