在机械件制造过程中不可避免会产生残余应力，特别是焊接、铸造、锻造等过程的残余应力，轻则使工件严重变形而无法使用或影响其固有性能，重则使工件直接开裂，造成严重事故，像挪威的 27.5 万吨级油轮在北海断裂就是因为其中的一个锚墩上的焊接残余应力使其产生裂纹引起的，造成了极为严重的损失和环境污染。通常消除残余应力的方法是通过时效处理来解决。传统的时效方法是自然时效和热时效，由于自然时效周期长，造成资金大量占用，现已很少使用;热时效尽管效率高、效果好，但其能源消耗高、对环境污染严重，处理工件也需要投入较多的资金，也不是一个可取的去应力时效方法，也不符合当前节能环保的发展方向，振动时效就是在这种背景下应运而生的。

　　振动时效在工业发达国家已被广泛采用，像美国某应力消除公司拥有 350 台振动时效设备，进行过 5000 多项振动时效处理，结果分析成本仅为热时效的 10%，英国和西德对飞机装配型架的焊接梁和框架普遍采用了振动时效。我国近年来在振动时效的研究与应用方面也取得了长足的进展，经过振动时效的工件尺寸精度稳定性良好，振动时效费用仅为热时效的 10%左右，能源消耗不到热时效的 5%。由于振动时效的技术经济效果非常显著，其应用范围也不断扩大，在机械制造、航空、化工器械、动力机械等行业，振动时效已得到了广泛的应用，近几年在衡器的焊接秤体和传感器弹性体加工的消除残余应力上已开始应用。

　　2 振动时效简介

　　2.1 什么是振动时效

　　振动时效 VSR 是 Vibrating Stress Relief 的英文缩写，是振动消除应力之意。振动时效又称振动消除应力法，它是将工件 (包括铸件、锻件、焊接结构件等) 在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，消除其残余应力，使尺寸精度获得稳定的一种方法。这种工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。

　　2.2 振动时效技术在我国的发展历程

　　我国的振动时效设备，是从上世纪七十年代开始仿造国外的振动时效设备自主生产的，在随后的二十多年中，只能生产手动型振动时效设备，这种设备只能靠操作人员凭感觉和经验进行振动时效处理，存在振动时效质量难以保证以及操作复杂的问题;随着计算机技术在振动时效设备上的使用，在上世纪九十年代末，开发出了全自动振动时效设备，这种设备可以由计算机自动选择振动时效关键的振动时效工艺参数，能有效保证振动时效质量，而且操作简便。

　　尤其是近两年，视频音频监控型、远程无线反向监控型、广播监控型、USB 电子文档通讯型等振动时效设备已在振动时效上得到了广泛的应用，使振动时效技术迈上了更新的高度。

　　2.3 振动时效技术的时效原理

　　传统的振动时效的实质是以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后,达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观塑性变形，从而降低和均化工件内的残余应力，达到稳定工件尺寸精度，避免工件变形影响使用和工件开裂的目的。

　　现代振动时效是通过工件在外界机械力 (激振器) 的作用下使工件产生共振 (也称为共振时效)，使工件在交变运动中吸收能量，在工件内部产生微观粘弹性塑性变形，以降低工件局部的峰值应力，并均化工件的残余应力场，最终避免工件的变形与开裂，以稳定工件的尺寸精度，它的效果介于热时效与自然时效之间。

　　2.4 振动 (共振) 时效技术的基本操作方法与振动时效的效果

　　2.4.1 振动时效的基本操作方法

　　振动时效的基本操作方法简单，只需将激振器牢固地固定在被处理工件的适当位置上，通过振动设备的控制部分，根据工件的大小和形状调节激振力，并根据工件的固有频率调节激振器的频率，直到使工件上的振动传感器 (速度计和加速度计) 所接收的信号达到峰值，在这一状态下持续振动一段时间，即可完成振动时效设备的操作，达到消除应力、稳定工件尺寸精度的目的。

　　2.4.2 振动时效的效果

　　工件传统的振动时效处理与热时效处理的不一样，热时效处理的工件表面有氧化层，可以从外观粗略判定效果，但是振动时效的工件外观没有变化，不能从外观判定效果。此外振动时效时间很短，也就是 15～30 分钟左右，能不能在如此短的时间内有效地消除残余应力，这依赖于操作人员是不是认真负责地按照振动时效工艺要求进行操作，只有认真负责的操作人员，才能有效保证振动时效工艺效果，操作人员对于振动时效质量效果起决定性的作用。

　　现代的全自动振动时效设备，每振动时效处理一个工件，都能够记录振动时效工艺曲线和参数，只要把这个工曲线与国家标准进行对比分析，就能直接检验出振动时效质量效果，因此振动时效质量检验是完全可以控制的。

　　3 振动时效在衡器制造中的应用

　　众所周知，大型工业衡器，不管是电子汽车衡还是电子轨道衡，都是采用以钢板或型钢焊接结构作为秤体 (承载器) 的，大多数电子汽车衡采用平板式焊接结构，电子轨道衡采用的是箱形梁焊接结构，电子汽车衡的传感器安装位置的结构也几乎为箱形，这样的结构其焊接残余应力是非常大的，尤其是大电流、一次焊缝高度大的情况下就更为严重了。尽管在结构的强度足够时没有引起结构的开裂与破坏，但在焊接残余应力释放的过程中其变形是不可避免的，所以在衡器的使用中经常可以听到某地方的电子汽车衡在使用中传感器移位，甚至是桥式传感器的上压头都被啃掉一块，某地方的电子汽车衡在使用中出现秤体开裂，某地方的电子轨道衡的传感器在使用中出现一只或对角的两只出现钢球移位 (使用的桥式传感器) 或传感器歪倒 (使用的是柱式传感器，就是不倒也会因使用中经常出现较大的冲击力而损坏) 的问题。当出现上述问题时很多都要抱怨安装服务人员秤体安装时没有调整好，其实这是一种误解，造成以上问题的主要原因是由焊接残余应力释放后的变形引起的。通常在焊缝表面及其周围的残余应力都是拉应力，焊接残余应力再和称重时载荷应力叠加后桥式传感器的安装位置就变成了收腿的拱形。图 1 是平板式汽车衡安装桥式传感器的安装位置示意。图 1a 是设计时理想的位置示意;焊接后在焊缝表面及其周围都会产生拉应力，再经过焊接残余应力释放和称重时的叠加应力后桥式传感器的安装位置就变成了图 1b的形状。由于上钢球座的安装孔已扭曲，在长期的使用中有时就会将上钢球座啃掉一块，且其变化没有规律可循，还有的是造成传感器的移位，这些因素都能影响称量准确度或造成秤体的损坏。当焊接残余应力和加载应力叠加后超过了材料的屈服极限 (σs) 后是产生变形，引起原来安装好的部件移位或损坏，超过材料的强度极限(σb) 后就造成秤体的焊缝 (主要在热影响区)开裂等问题。