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介紹了振動(dòng)時(shí)效的原理、發(fā)展，討論了振動(dòng)時(shí)效在地磅產(chǎn)品的秤體及傳感 器制造中的應用，指出振動(dòng)時(shí)效可提高大型地磅機械部分的質(zhì)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(chēng)重傳感器性體機械加工應力，提高稱(chēng)重傳感器的技術(shù) 指標。

1.前言

在機械件制造過(guò)程中不可避免會(huì )產(chǎn)生殘余應 力，特別是焊接、鑄造、鍛造等過(guò)程的殘余應力， 輕則使工件嚴重變形而無(wú)法使用或影響其固有性 能，重則使工件直接開(kāi)裂，造成嚴重事故，像挪 威的27.5萬(wàn)噸級油輪在北海斷裂就是因為其中的 一個(gè)錨墩上的焊接殘余應力使其產(chǎn)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(guò)時(shí)效處理來(lái)解決。傳統的時(shí) 效方法是自然時(shí)效和熱時(shí)效，由于自然時(shí)效周期 長(cháng)，造成資金大量占用，現已很少使用；熱時(shí)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(gè)可取的去應力時(shí)效方法，也不符合當前 節能環(huán)保的發(fā)展方向，振動(dòng)時(shí)效就是在這種背景下應運而生的。

振動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)效設備， 進(jìn)行過(guò)5000多項振動(dòng)時(shí)效處理，結果分析成本僅 為熱時(shí)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(dòng)時(shí)效。我國近年來(lái) 在振動(dòng)時(shí)效的研究與應用方面也取得了長(cháng)足的進(jìn) 展，經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效的工件尺寸精度穩定性良好， 振動(dòng)時(shí)效費用僅為熱時(shí)效的10%左右，能源消耗 不到熱時(shí)效的5%。由于振動(dòng)時(shí)效的技術(shù)經(jīng)濟效果 非常顯著(zhù)，其應用范圍也不斷擴大，在機械制造、 航空、化工器械、動(dòng)力機械等行業(yè)，振動(dòng)時(shí)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(kāi)始應用。

2.振動(dòng)時(shí)效簡(jiǎn)介

2.1什么是振動(dòng)時(shí)效

振動(dòng)時(shí)效 VSR 是 Vibrating Stress Relief 的英 文縮寫(xiě)，是振動(dòng)消除應力之意。振動(dòng)時(shí)效又稱(chēng)振 動(dòng)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(jìn)行數分鐘至數 十分鐘的振動(dòng)處理，消除其殘余應力，使尺寸精 度獲得穩定的一種方法。這種工藝具有耗能少、 時(shí)間短、等特點(diǎn)。

2.2振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在我國的發(fā)展歷程 我國的振動(dòng)時(shí)效設備，是從上世紀七十年代 開(kāi)始仿造國外的振動(dòng)時(shí)效設備自主生產(chǎn)的，在隨 后的二十多年中，只能生產(chǎn)手動(dòng)型振動(dòng)時(shí)效設備, 這種設備只能靠操作人員憑感覺(jué)和經(jīng)驗進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，存在振動(dòng)時(shí)效質(zhì)量難以保證以及操作 復雜的問(wèn)題；隨著(zhù)計算機技術(shù)在振動(dòng)時(shí)效設備上 的使用，在上世紀九十年代末，開(kāi)發(fā)出了全自動(dòng) 振動(dòng)時(shí)效設備，這種設備可以由計算機自動(dòng)選擇 振動(dòng)時(shí)效關(guān)鍵的振動(dòng)時(shí)效工藝參數，能有效保證 振動(dòng)時(shí)效質(zhì)量，而且操作簡(jiǎn)便。

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

2.3振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的時(shí)效原理 傳統的振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)是以振動(dòng)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(guò)材料的屈服極，工件發(fā)生微觀(guān)塑 性變形，從而降低和均化工件內的殘余應力，達 到穩定工件尺寸精度，避免工件變形影響使用和 工件開(kāi)裂的目的。

現代振動(dòng)時(shí)效是通過(guò)工件在外界機械力皦 振器的作用下使工件產(chǎn)生共振他稱(chēng)為共振時(shí) 效，使工件在交變運動(dòng)中吸收能量，在工件內部 產(chǎn)生微觀(guān)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(chǎng)，最終避免工 件的變形與開(kāi)裂，以穩定工件的尺寸精度，它的 效果介于熱時(shí)效與自然時(shí)效之間。

2.4振動(dòng)供振時(shí)效技術(shù)的基本操作方法 與振動(dòng)時(shí)效的效果

2.4.1振動(dòng)時(shí)效的基本操作方法

振動(dòng)時(shí)效的基本操作方法簡(jiǎn)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(guò) 振動(dòng)設備的控制部分，根據工件的大小和形狀調節激振力，并根據工件的固有頻率調節激振器的 頻率，直到使工件上的振動(dòng)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 持續振動(dòng)一段時(shí)間，即可完成振動(dòng)時(shí)效設備的操 作，達到消除應力、穩定工件尺寸精度的目的。

2.4.2振動(dòng)時(shí)效的效果

工件傳統的振動(dòng)時(shí)效處理與熱時(shí)效處理的不 —樣，熱時(shí)效處理的工件

這些因素都能影響稱(chēng)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(guò)了材 料的屈服極限（a)后是產(chǎn)生變形，引起原來(lái) 安裝好的部件移位或損壞，超過(guò)材料的強度極限 (ab后就造成秤體的焊縫主要在熱影響區 開(kāi)裂等問(wèn)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，且多為連續的全焊， 焊接殘余應力的緩慢釋放造成的變形會(huì )更大，稱(chēng) 重時(shí)火車(chē)的載荷比汽車(chē)衡要大得多，影響就會(huì )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(jīng)濟性對比，在這里不再繁說(shuō)。對于像汽車(chē) 衡或軌道衡秤體這些大型構件采用自然時(shí)效周期 太長(cháng)，從經(jīng)濟的角度來(lái)講是不劃算的；采用熱時(shí) 效不僅不現實(shí)也不經(jīng)濟，同時(shí)還會(huì )消耗大量的能 源，與當前的環(huán)保節能的要求格格不入，同時(shí)還 存在因支撐位置不合理時(shí)引起秤體熱變形，影響 使用。振動(dòng)時(shí)效作為經(jīng)濟、高效、環(huán)保、節能的 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(zhù)。

振動(dòng)時(shí)效技術(shù)已在數百種行業(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(guò)振動(dòng)時(shí)效來(lái)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(dòng)時(shí)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(chǎng)得到了均化, 這個(gè)工件的形狀與電子汽車(chē)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(chǎn)過(guò)程中進(jìn) 行了振動(dòng)時(shí)效處理，也就不會(huì )出現前述的問(wèn)題了。

現在的振動(dòng)時(shí)效技術(shù)已不是過(guò)去的以經(jīng)驗定 性地（過(guò)去的自然時(shí)效和熱時(shí)效也是如此評定 時(shí)效效果了，而是通過(guò)可量化的方式來(lái)評定振動(dòng) 

目前的振動(dòng)時(shí)效設備及其控制已經(jīng)很先進(jìn)了, 不僅有10〃液晶屏顯示，而且還可通過(guò)控制軟件在 PC上直接運行，下面的圖片如圖6就是一個(gè)

實(shí)例：在振動(dòng)時(shí)效設備界面上清晰地顯示著(zhù)振動(dòng) 電機的轉速、電流、振動(dòng)時(shí)效的時(shí)間、加 速度值等工藝參數，振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)生的效果：三個(gè) 方向上的動(dòng)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(dòng)態(tài)實(shí)時(shí) 顯示振動(dòng)時(shí)效相關(guān)的工藝曲線(xiàn)。

從上述可知，振動(dòng)時(shí)效技術(shù)應用于大型工業(yè) 衡秤體的去應力時(shí)效處理不僅是可行的，而且也 是比較經(jīng)濟的一種工藝技術(shù)。根據在其它結構件 振動(dòng)時(shí)效件處理的數據，經(jīng)過(guò)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 節省篇幅，在此不再列舉相關(guān)數據。

4振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在稱(chēng)重傳感器制造中的應用，稱(chēng)重傳感器在制造過(guò)程中機械加 工是的，在車(chē)、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(huì )小一點(diǎn)。如果加工過(guò)程是無(wú)冷卻 或冷卻不良的話(huà)也會(huì )因受熱不均勻而產(chǎn)生熱應力， 尤其是在貼應變片的區域，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(huì )產(chǎn)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(guò)程中會(huì ) 使貼上的應變片產(chǎn)生微應變，改變了傳感器的零 點(diǎn)輸出，這就是我們通常說(shuō)的傳感器的零點(diǎn)跑了 土話(huà)叫留數，這一問(wèn)題已困擾了傳感器制造廠(chǎng) 家許多年了。在發(fā)現了原因之后，首先大家想到 熱時(shí)效，但一分析便被否決了，因為熱時(shí)效處理 的溫度會(huì )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(cháng)，二是究竟放多長(cháng)時(shí)間方 可有效難以確定，況且在目前市場(chǎng)機制下，多是 以合同訂單來(lái)確定生產(chǎn)的，也不可能采用這種方 法。后來(lái)有的單位采用了深冷技術(shù)來(lái)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(shí)效周期長(cháng)的缺點(diǎn)。國內一 家最大的傳感器制造商在了解了振動(dòng)時(shí)效技術(shù)后, 通過(guò)做前期試驗，采用了此技術(shù)，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(shù) 幾乎應用到了其所有的傳感器制造中去了。

5.結束語(yǔ)

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