有一個對產(chǎn)品出廠有較大影響的問題一直困擾著我們，那就是能源高消耗問題。我們通常在生產(chǎn)的各類產(chǎn)品中，有許多是鋼結(jié)構(gòu)組焊件，并且其中有相當(dāng)一部份組焊構(gòu)件要進行殘余應(yīng)力處理，當(dāng)前的手段均采用傳統(tǒng)的熱時效，而這種手段的能源消耗就相當(dāng)?shù)母摺?/P>
基于上述情況，為了降低能源成本，本文結(jié)合當(dāng)今市面上正在興起的一種新節(jié)能的、快捷高效的、環(huán)保實用的時效方法—振動時效方法，與傳統(tǒng)的熱時效方法從各個方面作粗獷的對比分析，以推測振動時效方法是否適用和能否降低能耗等，并體現(xiàn)這一方法本身的優(yōu)點。
一、 時效的機理對比
關(guān)于振動時效的機理，目前學(xué)術(shù)界在這一領(lǐng)域中尚無系統(tǒng)的、滿意的解釋。本文只從宏觀和微觀方面提出一些看法和分析。大致情況如下：
振動時效是在共振條件下對組焊工件施以循環(huán)應(yīng)力的作用，達到抵消或調(diào)整工件的內(nèi)部殘余應(yīng)力，進而穩(wěn)定工件的尺寸變形。工件的殘余應(yīng)力可分兩種，其一是較廣的均一狀態(tài)的宏觀應(yīng)力，其二是在金屬晶體內(nèi)和晶界間等較窄范圍內(nèi)處于非均一狀態(tài)的微觀應(yīng)力。當(dāng)把各個單件組合體看成是一個均衡體時，宏觀應(yīng)力是處于均衡狀態(tài)下的彈性應(yīng)力，處于亞穩(wěn)態(tài)。當(dāng)進行拼組、焊接成一體后或機加工等時，形成了對工件外部施加的約束應(yīng)力和金屬晶體內(nèi)部出現(xiàn)的位錯、各類缺陷及其晶界非均衡分布等因素形成的變形應(yīng)力。此時若對工件實施機械振動時，經(jīng)體內(nèi)的位錯運動產(chǎn)生滑移線，晶體發(fā)生微觀的塑性變形，同時，工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以松弛和各方向偏移后，可穩(wěn)定組焊工件尺寸的目的。
對于熱時效的問題，已經(jīng)有相對固定的、令人信服的理論。
工件經(jīng)組焊后，對工件實施退火時（這里只說去應(yīng)力退火），將工件隨爐緩慢加熱到500~650℃（＜A1=），經(jīng)一段時間保溫后，隨爐緩慢冷卻（50~100℃/h）至300~200℃以下出爐。在加熱到最高溫度時，正是“C曲線”的“鼻尖”附近，此時，出現(xiàn)晶格重構(gòu)和鐵、碳原子擴散現(xiàn)象，鋼組織主要仍以珠光體形式存在，其片狀得到細(xì)化，機械性能高，這一階段明顯其殘余應(yīng)力減弱。故而這一過程可作時效去應(yīng)力處理。
通過以上分析，振動時效只是將工件的內(nèi)應(yīng)力松弛、應(yīng)力曲線滑移和各方位的偏向，從而消弱工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力大小，實現(xiàn)減小工件的尺寸變形。這種方法對工件機械性能無改變，工件表面無氧化現(xiàn)象；熱時效則是晶格重構(gòu)和原子的擴散，實現(xiàn)應(yīng)力減弱，進而減小工件的尺寸變形。這種方法因片狀珠光體更加細(xì)化，從而能提高工件的機械性能，工件表面出現(xiàn)更多氧化層。
二．兩種方法時效后的機加工工序情況
對于相同的工件，采用兩種不同的時效手段，時效后的機械加工工序大致相同，因此，就機加工所發(fā)生的工時和成本方面應(yīng)大致相同。而工件表面處理方面有點區(qū)別，對熱時效后的工件噴砂快；振動時效的工件噴砂則相對要慢些。
三．失效的成本對比
這里我們先假定對某機械設(shè)備工件進行時效處理，按設(shè)計重量計算（實際上工件的時效重量是大于設(shè)計重量的），其左、右箱體共10個，共重約1945Kg，其它時效件約678 Kg，合計2623Kg。
首先從振動時效的情況分析，假定采用SSIN80B設(shè)備，其功率2.2Kw,單件逐個進行時效時，共需時效14次，每次時效時間為40分鐘，共計560分鐘，用電20.5度，轉(zhuǎn)變成電費18.86元/臺（白天按0.92元/度計）。其間由一個工人負(fù)責(zé)管理和操作，共計12小時左右（正常情況1.5天）完成所有時效工作。若全年生產(chǎn)類似機器200臺，則電費為：18.86×200=3772元。 然后從熱時效的情況分析，假定采用目前的電熱退火爐，其功率150 Kw。如果冷爐升溫至650℃時，空爐約4小時，消耗電約600度，轉(zhuǎn)變成電費378元（深夜平均按0.63元/度計）。就工件而言，其升溫到650℃時，其吸收的熱能為：
根據(jù)公式Q=CM(T2—T1)，其中C=480J/Kg?℃，假定T=25℃時
Q=480×2623×(650—25)
=7.869×108 (J)
熱效率η=98%時，熱量實際為Q
Q實=Q×(100+2)%
=8.026×108 (J)
根據(jù)單位換算1J=1/3.6×10 Kw?℃知，折算電能度為：
8.026×108÷3.6×106≈223（度）
轉(zhuǎn)變成電費140.5元（深夜平均按0.63元/度計）
每項共計電費378+140.5=518.5元/臺，該費用是冷爐計算得到的。
熱時效與振動時效電費差值為（518.5—18.86）元/臺≈500元/臺。
若全年生產(chǎn)類似機器200臺，那么，熱時效電費為：
518.5×200=103700元/年
兩種時效情況對比可見，振動時效的電能耗是相當(dāng)?shù)偷?，而熱時效則相當(dāng)高，年消耗量的電費差值已大于十萬元。
參考一些資料發(fā)現(xiàn)，振動時效不僅適用于焊接結(jié)構(gòu)件的時效，同樣也適用于鑄鐵、鑄鋼件和軋鋼件等的時效處理。由此推論，該時效方法可適用于伸縮縫型鋼和盆式支座的中間鋼板、頂板、底盆等工件的時效處理，同時，對新開發(fā)的鐵路支座仍然適用。
四．設(shè)備情況分析
熱時效退火爐已建成使用，就設(shè)備投入資金已超過7.2萬元，這里不包含定期還要更換爐內(nèi)的發(fā)熱絲和其它的使用維護費，其附加費用也不少的。
振動時效的設(shè)備在構(gòu)件廠還未引入，假定某臺振動時效設(shè)備其報價為7.18萬元（若不要遙控功能，可減6000元）。據(jù)廠家提供的情況，其振動電機連續(xù)工作1000小時左右后，對電機可進行檢修，如果人為損壞，無法修復(fù)時，單獨購買電機約每臺1萬元左右，其設(shè)備主要部件壽命不低于5年。
五．工件時效后情況分析
兩種時效處理，既有共性又有個性，其共性之處是兩者時效工件后，均能實現(xiàn)目的，但均有個別工件在機加工過程中出現(xiàn)輕微變形現(xiàn)象，據(jù)分廠方面反映，過去幫對方熱時效的箱體也有變形情況，構(gòu)件廠也遇到過類似問題。
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