残余应力测量及消除方式的介绍

1、金陵船厂金陵船厂残余应力测量与消除方式的介绍残余应力测量与消除方式的介绍金陵船厂金陵船厂4残余应力及消除应力方式的介绍123振动时效的介绍超声波时效的介绍残余应力测量的介绍5实施步骤金陵船厂金陵船厂u残余应力的产生残余应力（残余应力（Residual Stress）：）： 消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。在物体内的自相平衡的内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热加工等，因不均匀塑性变形或相变都可能

2、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热加工等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。引起残余应力。残余应力会致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性残余应力会致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。1、残余应力及消除应力方式的介绍、残余应力及消除应力方式的介绍金陵船厂金陵船厂消除内应力的几种方法：一是对物体进行热处理（针对金属材料、高分子材料等工消除内应力的几种方法：一是对物体进行热处理（针对金属材料、高分子材料等工件）。二是放到自然条件下进行

3、消除（即自然时效消除内应力）。三是人工通过敲件）。二是放到自然条件下进行消除（即自然时效消除内应力）。三是人工通过敲打振动等方式进行消除。四是通过超声冲击震荡来优化应力打振动等方式进行消除。四是通过超声冲击震荡来优化应力 ，或改变应力的方向。，或改变应力的方向。项项目目自然时效自然时效热时效热时效振动时效振动时效应力消除率应力消除率10%左右3080%3060%尺寸稳定性尺寸稳定性好较差较好时效成本时效成本占场地、占资金150300元/吨10元/吨时效周期时效周期一般半年以上2060小时一小时内环境保护环境保护无污染污染较严重无污染抗变形能力抗变形能力较好比时效前降低较好时效变形量时效变形量可

4、忽略不计较大可忽略不计工件适应性工件适应性几乎任何工件受尺寸、材质限制几乎任何工件工序安排工序安排须在精加工前须在精加工前任何工序之间u残余应力如何消除1、残余应力及消除应力方式的介绍、残余应力及消除应力方式的介绍金陵船厂金陵船厂振动时效技术，国外称之为振动时效技术，国外称之为“Vibrating Stress Relief”简称简称“VSR”,源自源自于敲击时效，通过专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过于敲击时效，通过专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部

5、位，使工件内部发生微观的塑性变形，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件观的塑性变形，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂。在加工和使用过程中变形和开裂。u振动时效技术2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂 振动处理技术又称做振动消除应力，在我国又称做振动时效。它是将一个具有偏心振动处理技术又称做振动消除应力，在我国又称做振动时效。它是将一个具有偏心重块的电机系统（称做激振器）安放在构件上，并将构件用橡皮垫等弹性物体支承，通重块的电机系统（称做激振器）安放在构件上，并将构件用橡皮垫等弹性物体支承，通过控制器起动电机并调节其转

6、速，使构件处于共振状态。约经过控制器起动电机并调节其转速，使构件处于共振状态。约经2030分钟的振动处理即分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。可见，用振动调整残余应力技术是十分简单和可行的。可达到调整残余应力的目的。可见，用振动调整残余应力技术是十分简单和可行的。 2、振动时效的介绍、振动时效的介绍u振动时效设备原理金陵船厂金陵船厂u振动时效设备构成2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂直流振动时效直流振动时效设备设备高能振动时高能振动时效设备效设备定量振动时效定量振动时效设备设备液晶振动时效设备液晶振动时效设备数码振动时效设备数码振动时效设备经济型振动时效设备经济型振动时效

7、设备智能频谱交流振动时智能频谱交流振动时效设备效设备液晶振动时效设备液晶振动时效设备数码交流振动时效设数码交流振动时效设备备定量式多通道振动定量式多通道振动时效系统时效系统定量式全自动振动定量式全自动振动时效设备时效设备全功能振动时效设备全功能振动时效设备u振动时效设备类型2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂u交流与直流对比2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂u设备的技术参数参数参数涵盖范围涵盖范围最大激振力（KN）10/20/30/35/40/50/65/80调速范围（r/min)1000-8000稳速精度（r/min)1/0.8电机额定功率（Kw）1.5/2.2

8、/3.0/3.2最大处理工件重量（T）2/10/20/30/50/100/500加速度显示范围0199.9加速度测量一维/三维加速度 供电电压（V）220V10% 50HZ打印功能中文a-n、a-t曲线，时效参数及效果2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂振动时效工艺守则是指导对振动时效技术应用及检查的总的原则，它应包括以下几方振动时效工艺守则是指导对振动时效技术应用及检查的总的原则，它应包括以下几方面的内容。面的内容。一、总则部分：它包括制定本守则的目的及使用范围。一、总则部分：它包括制定本守则的目的及使用范围。二、生产前的准备二、生产前的准备:它包括对设备的检查、仪器的导线联接

9、、工作场地的它包括对设备的检查、仪器的导线联接、工作场地的定置管理等。定置管理等。三、预分析：根据工件的形状、分析可能出现的振型，以指导操作人员正确的进行对三、预分析：根据工件的形状、分析可能出现的振型，以指导操作人员正确的进行对工件的支撑及激振器和传感器的装夹。工件的支撑及激振器和传感器的装夹。四、试振：它包括初步测试工件的固有频率和验证第三部分所做出的分析是否正确，四、试振：它包括初步测试工件的固有频率和验证第三部分所做出的分析是否正确，如果预分析与实际有所差别，应通过这步工作调整过来。在这一部分中还包括主振器频如果预分析与实际有所差别，应通过这步工作调整过来。在这一部分中还包括主振器频率

10、、激振力、振动时间的确定原则等。率、激振力、振动时间的确定原则等。五、振动处理过程：包括振动处理全过程的操作程序和各程序的确定原则。五、振动处理过程：包括振动处理全过程的操作程序和各程序的确定原则。六、质量管理制度：包括时效效果的检验方法及检验方式。六、质量管理制度：包括时效效果的检验方法及检验方式。七、仪器的保养和维护。七、仪器的保养和维护。u振动时效工艺守则2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂u振动时效局限性 1.不能替代去应力目的以外的热处理不能替代去应力目的以外的热处理 2.不能显著改变金相组织及机械性能（如强度，硬度）不能显著改变金相组织及机械性能（如强度，硬度）3.不

11、能用于校形不能用于校形 4.对于箱，板形工件时效噪音较大对于箱，板形工件时效噪音较大 5.工艺效果在很大程度上取决于工艺员的振动时效工艺理论水平和经验工艺效果在很大程度上取决于工艺员的振动时效工艺理论水平和经验 6.不适宜于高压容器、残余应力较小的工件、大尺寸的薄板焊接件、薄壁铸件、大部分不适宜于高压容器、残余应力较小的工件、大尺寸的薄板焊接件、薄壁铸件、大部分冷加工件、弹性结构应力为主的工件、刚性过大或尺寸过小件（其中部分可用振动平冷加工件、弹性结构应力为主的工件、刚性过大或尺寸过小件（其中部分可用振动平台来时效）台来时效） 7.并非工件所有部位的时效效果都一致并非工件所有部位的时效效果都一

12、致2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂2、振动时效的介绍、振动时效的介绍根据根据JB/T 10375-2002中华人民共和国机械行业标准，有以下几种方法：中华人民共和国机械行业标准，有以下几种方法：（1）参数曲线观测法）参数曲线观测法可根据振动时效过程中实时打印的可根据振动时效过程中实时打印的a-t曲线的变化及曲线的变化及a-n曲线振动前后的变化评估振动时效实际效果。曲线振动前后的变化评估振动时效实际效果。出现下列情况之一时，即可判定振动时效有效：出现下列情况之一时，即可判定振动时效有效：a-t（加速度加速度-时间时间） 曲线上升后变平；曲线上升后变平；a-t（加速度加速度-时间

13、时间） 曲线上升后下降，最终变平；曲线上升后下降，最终变平；a-n（加速度加速度-频率频率）曲线振后共振发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、）曲线振后共振发生了单项特征或组合特征的变化（出现振幅升高、降低、左移、右移）；右移）；a-n（加速度加速度-频率频率）曲线振后变的简洁而平滑；）曲线振后变的简洁而平滑；a-n（加速度加速度-频率频率）曲线振后出现低幅振峰增值现象。）曲线振后出现低幅振峰增值现象。（2）尺寸精度稳定性测试：以尺寸精度为目的而进行振动时效处理的焊接构件，振动后应进行尺寸）尺寸精度稳定性测试：以尺寸精度为目的而进行振动时效处理的焊接构件，振动后应进行尺寸测

14、试。尺寸测试测试。尺寸测试具体方法如下：具体方法如下：u振动时效效果评测金陵船厂金陵船厂2、振动时效的介绍、振动时效的介绍振后尺寸测试振后尺寸测试加工后尺寸测试加工后尺寸测试长期放置，定期进行尺寸测试。长期放置，定期进行尺寸测试。在动载情况下测试在动载情况下测试所有测试结果应当满足要求所有测试结果应当满足要求3、残余应力检测法、残余应力检测法A:推荐使用盲孔松弛法，也可以使用推荐使用盲孔松弛法，也可以使用X射线衍射法或在条件许可时使用磁性法。射线衍射法或在条件许可时使用磁性法。采用盲孔法测试时，测试点处材料厚度应大于钻孔直径的四倍。采用盲孔法测试时，测试点处材料厚度应大于钻孔直径的四倍。用振前

15、残余应力平均值、振后残余应力平均值来计算应力消除率，降低率应大于用振前残余应力平均值、振后残余应力平均值来计算应力消除率，降低率应大于30%。用振前和振后的最大与最小应力差衡量应力的均化程度，振动后的计算值应小于振动前用振前和振后的最大与最小应力差衡量应力的均化程度，振动后的计算值应小于振动前的计算值。最大及最小应力一般应以焊缝的主应力或纵向应力为准。的计算值。最大及最小应力一般应以焊缝的主应力或纵向应力为准。 u振动时效效果评测金陵船厂金陵船厂 焊接构件的振动时效技术是对已焊接成型的构件进行处理，用以降低和均焊接构件的振动时效技术是对已焊接成型的构件进行处理，用以降低和均化由于焊接造成的化由

16、于焊接造成的残余应力。而振动焊接是首先将被焊构件进行振动，且边振残余应力。而振动焊接是首先将被焊构件进行振动，且边振动边焊接，直至焊完为止。这种振动是在一定频率范围内的轻微振动，其作用动边焊接，直至焊完为止。这种振动是在一定频率范围内的轻微振动，其作用如下：首先，当焊缝金属在溶溶状态时，振动可以使组织发生变化，晶粒得以如下：首先，当焊缝金属在溶溶状态时，振动可以使组织发生变化，晶粒得以细化。焊缝晶粒细化必将使材料力学性能得到提高，其次在有温度作用下，焊细化。焊缝晶粒细化必将使材料力学性能得到提高，其次在有温度作用下，焊缝处于材料屈服极限很低，因此振动很容易使热应力场得到缓解，极易发生热缝处于材

17、料屈服极限很低，因此振动很容易使热应力场得到缓解，极易发生热塑性变形，而释放受约束得应变，使应力场梯度减少。故使最后的焊缝残余应塑性变形，而释放受约束得应变，使应力场梯度减少。故使最后的焊缝残余应力得到降低和均化、平缓，降低应力集中，提高焊接质量。因此振动焊接可以力得到降低和均化、平缓，降低应力集中，提高焊接质量。因此振动焊接可以有效的防止焊接裂纹和变形，提高构件的疲劳寿命，增强机械性能。有效的防止焊接裂纹和变形，提高构件的疲劳寿命，增强机械性能。u振动焊接技术(延伸应用）2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂贵州航天天马 中冶南方航天晨光东风汽车u振动时效应用案例2、振动时效的介

18、绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂 神山风电塔筒常州先进制造研究所 广州中船 上海沪东船厂 u振动时效应用案例2、振动时效的介绍、振动时效的介绍金陵船厂金陵船厂 超声波时效又称超声波焊接应力消除技术，是目前完全局部获得压应力的超声波时效又称超声波焊接应力消除技术，是目前完全局部获得压应力的最有效方法。最有效方法。 超声波焊接应力消除技术是利用大功率的能量推动冲击头以每超声波焊接应力消除技术是利用大功率的能量推动冲击头以每秒约秒约2 2万次以上的频率冲击金属物体表面，高频、高效和聚焦下的大能量使金万次以上的频率冲击金属物体表面，高频、高效和聚焦下的大能量使金属表层产生较大的压缩塑性变形，同时超声

19、波的冲击改变了原有的应力场，产属表层产生较大的压缩塑性变形，同时超声波的冲击改变了原有的应力场，产生有益的压应力。高能量冲击下金属表面温度极速升高又迅速冷却，使作用区生有益的压应力。高能量冲击下金属表面温度极速升高又迅速冷却，使作用区表层金属组织发生变化，冲击部位得以强化，应力得以消除均。表层金属组织发生变化，冲击部位得以强化，应力得以消除均。3、超声波时效的介绍、超声波时效的介绍u超声波时效介绍金陵船厂金陵船厂 JH JH系列超声波焊接应力消除设备作为系列超声波焊接应力消除设备作为焊后处理设备，它能同时改善影响焊缝质焊后处理设备，它能同时改善影响焊缝质量的多个因素，如应力、缺陷、焊趾几何量的

20、多个因素，如应力、缺陷、焊趾几何形状、表面强化等几个方面，所以对提高形状、表面强化等几个方面，所以对提高焊接接头的疲劳性能有事半功倍的效果，焊接接头的疲劳性能有事半功倍的效果，可使处理后的焊接接头的疲劳强度提高可使处理后的焊接接头的疲劳强度提高50%-120%50%-120%，疲劳寿命延长，疲劳寿命延长5 5- -100100倍。由于倍。由于采用超声波时效处理后，省去了传统的打采用超声波时效处理后，省去了传统的打磨及去渣工序，节约了劳动时间磨及去渣工序，节约了劳动时间20%20%，降，降低了劳动强度，提高了生产效率。同时，低了劳动强度，提高了生产效率。同时，该设备也广泛地应用于图中四个方面。该

21、设备也广泛地应用于图中四个方面。u超声波应力消除设备3、超声波时效的介绍、超声波时效的介绍金陵船厂金陵船厂梅钢行车 北京华瑞风电塔筒 无锡干燥设备东汽汽轮机u超声波时效应用案例3、超声波时效的介绍、超声波时效的介绍金陵船厂金陵船厂 航天晨光化工容器宝钢大型钢吊梁 哈雷动力机械 中冶南方叶轮修补 u超声波时效应用案例3、超声波时效的介绍、超声波时效的介绍金陵船厂金陵船厂 盲孔法残余应力测量的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔盲孔法残余应力测量的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔 ，以去除，以去除一部分具有应力的金属，而使圆一部分具有应力的金属，而使圆 孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破孔

22、附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新 的应力平衡，从而使的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变 量，就可以计算原应力场的应力值。量，就可以计算原应力场的应力值。u盲孔法残余应力测量4、残余应力测量的介绍、残余应力测量的介绍金陵船厂金陵船厂钻孔对准精度0.025光学对准精度0.01mm同心度0.005 mm钻孔垂直度（mm）0.01mm钻孔直径03mm打孔深度（mm）0-3mm可打孔材料

23、硬度范围HRC48调速范围（rpm）3000-12000供电电压（V）220V/50Hz适用于对各种材料和结构的残余应力的分析和研究，还可作为在静力强度研究中测量适用于对各种材料和结构的残余应力的分析和研究，还可作为在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应变分析仪器。该仪器以单片机为中央微处理机，采用高精结构及材料任意点变形的应变分析仪器。该仪器以单片机为中央微处理机，采用高精度测量放大器、高速数据采集和处理器，测量中无需调零，残余应力测量简单快捷。度测量放大器、高速数据采集和处理器，测量中无需调零，残余应力测量简单快捷。u盲孔法残余应力测量设备4、残余应力测量的介绍、残余应力测量的介绍金

24、陵船厂金陵船厂 磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知，铁磁材料具用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知，铁磁材料具有磁畴结构，其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且有磁畴结构，其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。磁导率磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导

25、率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。力的变化趋势。u磁测法残余应力测量4、残余应力测量的介绍、残余应力测量的介绍金陵船厂金陵船厂 JH-80三维应力磁测系统主要由磁测仪、数据采三维应力磁测系统主要由磁测仪、数据采集器、计算机以及计算软件、标准探头和检测探集器、计算机以及计算软件、标准探头和

26、检测探头组成，并内置微型打印机。主要用于对磁性材头组成，并内置微型打印机。主要用于对磁性材料的残余应力无损测量，实现三维应力测量；系料的残余应力无损测量，实现三维应力测量；系统配置有笔记本电脑和相关测量分析软件，通过统配置有笔记本电脑和相关测量分析软件，通过USB把采集到的数据上传到计算机分析，实现离把采集到的数据上传到计算机分析，实现离线自动测量和分析，快速显示线自动测量和分析，快速显示X和和Y方向残余应力方向残余应力值，并显示各方向的平均应力曲线。并可将测量值，并显示各方向的平均应力曲线。并可将测量结果和分析曲线打印，作为检验依据永久保存。结果和分析曲线打印，作为检验依据永久保存。是目前唯一能进行三维应力测量的专业仪器，特是目前唯一能进行三维应力测量的专业仪器，特别适合教学和科研以及生产过程中的残余应力检别适合教学和科研以及生产过程中的残余应力检测，是一款高性能的残余应力测量仪器。测，是一款高性能的残余应力测量仪器。u磁测法残余应力测量设备4、残余应力测量的介绍、残余应力测量的介绍金陵船厂金陵船厂邯郸复液液压机械晨光化机江阴双马重工装备广州中船u残余应力测量应用案例4、残余应力测量的介绍、残余应力测