一、振動(dòng)頻率的確定
在共振狀態(tài)下，可用小的振動(dòng)能量，使工件產(chǎn)生大的振幅，得到大的動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)能量，從而使工件中的殘余應(yīng)力消除的更，工件獲得的尺寸穩(wěn)定性效果更好。
振動(dòng)時(shí)效中的共振狀態(tài)，是在外部激振器激振力的持續(xù)作用下，零件處于“受迫振動(dòng)”時(shí)的一個(gè)特殊狀態(tài)。它的條件是激振頻率接近工件的固有頻率，這時(shí)振動(dòng)特性中的振幅—頻率曲線出現(xiàn)一個(gè)峰值，振幅的陡然增大對(duì)振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)生附加動(dòng)應(yīng)力有利。
工件在振動(dòng)時(shí)效時(shí)是一個(gè)振動(dòng)體，它與其支撐用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)進(jìn)行自由振動(dòng)時(shí)，根據(jù)振動(dòng)學(xué)原理，它的共振頻率僅與系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度和阻尼有關(guān)。這個(gè)頻率是由系統(tǒng)固有性質(zhì)所決定的，稱為固有頻率。

振動(dòng)時(shí)效中一個(gè)工件和它的支撐體組成振動(dòng)學(xué)中一個(gè)質(zhì)量和一個(gè)彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)，它的固有頻率可用下列通式表示：
（4-1）
式中：-----固有頻率（HZ）；K---彈簧的剛度（Kg/cm）；
m---振動(dòng)體質(zhì)量（Kg）。
圖4-1示出了某均質(zhì)等截面梁彎曲的頻率及相應(yīng)的振型。
由振動(dòng)頻率的方程解及上圖可知，具有幾個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，有幾個(gè)固有頻率，按低至高

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在這方面已做出了大量的試驗(yàn)，并得出了對(duì)非合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素鋼、合金鋼、鑄鐵及有色金屬材料力學(xué)性能影響的大量數(shù)據(jù)，在這里就不再舉例一一說明。但總的試驗(yàn)結(jié)論是：
.經(jīng)熱時(shí)效后材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均下降，而振動(dòng)時(shí)效后材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度基本上不改變或有升高。
.由于振動(dòng)時(shí)效后材料的殘余應(yīng)力得以消除或均化，材料的斷裂韌性提高（約10%），防止脆斷的能力提高。
.振動(dòng)處理可以提高金屬材料的疲勞極限已被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是提高的比例大小，是與試件的初始狀態(tài)有關(guān)的，如果初始?xì)堄鄳?yīng)力大，則因振動(dòng)處理后殘余應(yīng)力消除的比例大而提高疲勞極限的比例也大。

一項(xiàng)振動(dòng)時(shí)效工藝是否成功，其后的檢測(cè)方法應(yīng)是殘余應(yīng)力的變化率和尺寸精度保持性的測(cè)試。但是振動(dòng)處理過程中采用上述兩種參數(shù)是不可能的，它是需要長(zhǎng)時(shí)間和復(fù)雜的測(cè)試過程。通常在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的控制過程中往往采用振動(dòng)時(shí)效前后幅頻特性參數(shù)曲線和振幅-時(shí)間參數(shù)曲線測(cè)試法并按JB/T5926-91標(biāo)準(zhǔn)中第4.1條款或JB/T10375-2002標(biāo)準(zhǔn)中的第6.2條款驗(yàn)收來實(shí)現(xiàn)的。
（a）幅頻特性曲線掃描法

圖6-1幅頻特性曲線二次掃描圖
（圖中實(shí)線為振前所測(cè)曲線、虛線為振后所測(cè)曲線）
在振動(dòng)處理過程中隨著殘余應(yīng)力的下降，構(gòu)件的內(nèi)阻尼減小，所以在幅頻特性曲線上所表現(xiàn)出的是固有頻率的下降，（如圖6-1中所示f1變?yōu)閒1′）、共振峰值的增高、頻帶變窄。振動(dòng)處理前測(cè)得的幅-頻特性曲線和振后幅頻特性曲線對(duì)比可求出各參數(shù)的變化量△f,△h和△u。經(jīng)過多個(gè)試件處理后可把這些變化量的統(tǒng)計(jì)值確定下來。這樣就可在生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
如果生產(chǎn)中所得的參數(shù)變化與確定的數(shù)值相近，說明振動(dòng)處理的效果已達(dá)到。如果遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏小，說明效果欠佳，尚需在激振參數(shù)（主要是激振力）上做適當(dāng)調(diào)整，或支承方式上需做調(diào)整。
總之，幅-頻特性曲線監(jiān)測(cè)法是國(guó)內(nèi)外普遍采用的較為成熟的方法。
（b）振幅-時(shí)間曲線監(jiān)測(cè)法
幅-頻特性曲線是振動(dòng)處理的前后進(jìn)行的，且頻率在不斷的改變。有時(shí)為了獲得更好的曲線。這要比種方法更為簡(jiǎn)單，它既可以通過振幅的變化來控制振動(dòng)處理的有效時(shí)間，又可以通過振幅的變化量來監(jiān)測(cè)殘余應(yīng)力的變化情況。

尺寸精度穩(wěn)定性是根據(jù)定期對(duì)構(gòu)件尺寸精度的測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。它包括兩方面內(nèi)容：一方面是觀測(cè)構(gòu)件尺寸精度隨時(shí)間而發(fā)生的變化量，與熱時(shí)效或精度允差相比較；另一方面是要觀察構(gòu)件在靜、動(dòng)荷載作用后的尺寸精度變化量，同樣與傳統(tǒng)工藝（熱時(shí)效）相比，以鑒定振動(dòng)時(shí)效工藝的可行性。
如果殘余應(yīng)力消除和均化的效果好，那么工件中殘余應(yīng)力的再分布的可能性和程度就比較小，工件的尺寸精度穩(wěn)定性就好。實(shí)踐證明在保持工件尺寸精度穩(wěn)定性方面振動(dòng)時(shí)效技術(shù)比其它傳統(tǒng)的時(shí)效方法更顯優(yōu)勢(shì)。

焊接構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是對(duì)已焊接成型的構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)處理，用以降低和均化由于焊接造成的殘余應(yīng)力。而振動(dòng)焊接是將被焊部件進(jìn)行振動(dòng)，且邊振動(dòng)邊焊接，直到焊完為止。這種振動(dòng)是在一定頻率范圍內(nèi)的輕微振動(dòng)，其作用如下：，當(dāng)焊縫金屬在熔溶狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)可以使組織發(fā)生變化，晶粒得以細(xì)化。焊縫晶粒細(xì)化必將使材料力學(xué)性能得到提高；其次在有溫度作用下，焊縫處材料屈服極限很低，因此振動(dòng)很容易使熱應(yīng)力場(chǎng)得到緩解，極易發(fā)生熱塑性變形，而釋放受約束應(yīng)變，使應(yīng)力場(chǎng)梯度減少，故使后的焊接殘余應(yīng)力得到降低或均化；第三由于振動(dòng)，在結(jié)晶過程中使氣泡雜質(zhì)等容易上浮，氫氣易排除，焊縫材料與母材過渡連接均勻、平緩，降低應(yīng)力集中，提高焊接質(zhì)量。因此振動(dòng)焊接可以有效地防止焊接裂紋和變形，提高構(gòu)件的疲勞壽命，增強(qiáng)機(jī)械性能。
振動(dòng)焊接技術(shù)是在振動(dòng)時(shí)效技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。但振動(dòng)焊接技術(shù)的作用明顯優(yōu)于振動(dòng)時(shí)效技術(shù)。振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是在構(gòu)件焊好后使用的處理技術(shù)，只能對(duì)焊接殘余應(yīng)力起到降低和均化作用，而振動(dòng)焊接技術(shù)從焊接開始就起到細(xì)化晶粒的作用，接著在熱狀態(tài)下通過熱塑性變形來調(diào)整應(yīng)變而降低殘余應(yīng)力。因此，可以說振動(dòng)焊接從一開始就起到了防止焊接裂紋和減少變形的作用。提高焊接質(zhì)量是優(yōu)于振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。做為振動(dòng)焊接，它并不要求構(gòu)件達(dá)到共振狀態(tài)，只要達(dá)到某一頻率范圍內(nèi)且具有一定的振幅就可以，因此振動(dòng)焊接技術(shù)可以在任何構(gòu)件上應(yīng)用。特別是在大型結(jié)構(gòu)件焊接修復(fù)時(shí)，振動(dòng)焊接就完全可以實(shí)現(xiàn)，焊后不再使用熱時(shí)效處理。
在這里說明的是“振動(dòng)焊接技術(shù)”包括兩個(gè)方面，即“焊接技術(shù)”與“焊接振動(dòng)技術(shù)”兩個(gè)內(nèi)容。這里說的“焊接技術(shù)”就是正常的焊接技術(shù)，而“焊接振動(dòng)技術(shù)”就是在焊接過程中根據(jù)不同構(gòu)件施加一種不同參數(shù)的機(jī)械振動(dòng)。這一章就是研究關(guān)于“振動(dòng)焊接”的作用和“振動(dòng)焊接”的工藝參數(shù)選擇原理。

某廠成批生產(chǎn)的B1010A刨床的床身，材質(zhì)為HT200，重量問6500kg，輪廊尺寸為6900×980×580mm，為典型的梁型件，我們用四個(gè)橡膠墊在床身下面距端部2/9L即1530mm處將床身支撐起來。該床身兩頭為油箱，中央夾激振器不方便，所以我們把激振器用弓形卡具卡緊在床身端頭油箱處。加速度計(jì)用磁鐵吸緊在床身的另一端頭。如圖7-1
用VSRDS-08型振動(dòng)時(shí)效裝置對(duì)床身進(jìn)行掃頻處理，測(cè)得其一階固有頻率為2334r/min,即38.9Hz，共振加速度值為48.9m/s2。這時(shí)K2型激振器的偏心率調(diào)在26%（本激振器偏心裝置在0～范圍內(nèi)無極可調(diào)）。
我們按峰值48.9m/s2 的1/2確定振動(dòng)頻率為2303r/min振動(dòng)處理約10分鐘，加速度值基本保持不變了，再處理3分鐘，即共13分鐘。然后再對(duì)床身進(jìn)行掃頻處理，發(fā)現(xiàn)共振頻率已發(fā)生前移，峰值已升高，符合JB/T5926—2005驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中第4.12條第c、d兩項(xiàng)驗(yàn)收指標(biāo)，達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目的。