常态问题

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Q1.高波频宽(高频波)波形原理解说 ​

A1: 本研究已经初步验证振动学上的波形图，如图三为振动制程所得的波形图，图(a)为共振频下的波形，图(b)为次共振频下的波形图，图(c)为高波频宽(高频波)下的波形图，这三类波形均属于ω < ω n 的情况，而小波频的残留应力消除效果最佳，因大波与小波互为消长的关系，以ω n 分界，ω < ω n 时，大波为刚体材料自由振动所造成，随着ω 逐渐加大，大波振幅逐渐变小，当ω ≈ ω n 时，如图(d)，则两波振幅将会相同，形成重击波，实验上亦找出重击波形如图(e)，ω 若再继续加大，则大波转变成简谐振动力所造成。再回头看图的三种波形，可知图(c)为高波频宽，最为接近 ω ≈ ω n 的情况，因此高波频宽最优异的波形，残留应力消除效果最佳，达到 38.8%。我们可知这种高频波的齐性解，为次波的方程式，可解释为金属材料自由振动所造成的位移方程式，此为在材料内部自发性拉伸与压缩交变的现象，以振动学为基础理论考虑最原始波的本质“波形”当作参数，由图为振动应力消除残留应力机构的波形观点来看，示波器量测出来的三种波形(共振波、次共振、高波频宽)，将可分解成主波(频率较低)与次波(频率较高)，主波所代表的物理意义为外力(马达)所造成的振动波，而次波所代表的物理意义为材料自发性所产生的波动，即为高波频宽的齐性解的波形之振幅值，即利用低频振动激发出次波的最大振幅。根据上述几节的理论，将可大略得知选取高波频宽(高频波-图(c)的波形)具有最佳消除残留应力效果。(高频波图a、b、c) ←点选打开连结​

Q2.差排移动的能量观点

      A2: 根据差排移动的理论，考虑一个物体由于加工造成塑性变形，因而内部有残留应力的情况。图1.中A排与B排之间有一列差排，当振动造成的塑性变形发生时，差排向左移动，而A排的原子由图1.(a)中的位置移动到图1 .(b)中A的位置，由于直接由(a)移至(b)的位置需要很大的能量，一般相信是先由(a)移至虚线的位置，然后再由虚线的位置移至图(b)A的位置。
          差排移動分解的示意圖.png ←点选打开连结
        以能量的观点而言，这也是差排移动最省力的方式。当残留应力造成的原子异位消除后，振动的力量便不足以提供原子移动至下一个空位，在其它非fcc晶系的材料，也会因为振荡无法使差排移动一个完整的Burger's vector，而形成上述的现象。
                                                                                         
         在拥有残留应力的物体中，在高残留应力的区域如图2.所示，其残留应力在振动之前为M，而H是使A原子能移动到虚线位置的最低需求，当振动提供的应力加上残留应力能够超越H时，A原子可以跨越原子间的障碍而降到低点L，如此便能够释放残留应力，而释放的残留应力为ML，原子排列的型态如上则图1.(b )，因为A原子已经处于最低能量的位置，除非提供HL的应力否则无法使A原子继续移动，而当应力已经释放，振动的力量却又远小于此，所以A排的原子将无法继续移动，形成一个主要差排分解形成两个部分差排。相对于上则图1.(a)，(b)图的叠差增加了。

残留应力＋振动应力＞降服应力
​
于是便能够消除更多的残留应力。

主差排分解后可以降低应变能，另一方面差排的能量也可以降低，因其能量正比于Burger's vector的平方，另一方面当主差排分解后两个部分差排太过靠近，由于差排之间的斥力会使得这两个差排互相往反方向移动，这个机构是扩大差排(extended dislocation)，直到这两个差排间的斥力低于使差排移动的力量，这个机构便会停止，这个机构涉及了材料的叠差能，这可以解释为何同样晶体结构的材料对振动应力消除的反应有着不小的差异，但由于有外加振动的力量，即使是差排的斥力小于移动所需的力量仍有可能满足移动所需的最小力量，因此藉由差排的移动使原子重新排列进而降低材料内部的应变。
(残留应力释放之能量关系图​) ←点选打开连结​

Q3.哪些情况需要消除残留应力？

A3:
🔯构造复杂的工件。
🔯在低温、冲击或振动负载下工作。
🔯加工精度或尺寸稳定性要求高的工件。
🔯化工设备等，有应力腐蚀可能的工件
🔯淬硬性材料
🔯进行退火、淬火或深冷前

Q4.消除残留应力的原理

  A4: 以振动的形式给工件施与附加剪应力，从而降低和均化工件内的残留应力，使精度获得稳定的一种方法，其原理为利用振荡的力量与残留应力相叠加使材料的内应力超过降伏点而造成材料微小的塑性变形，借着反覆振荡使晶粒滑移而降低材料内部的应变能。

🎈利用剪应力来推动差排移动
🎈波动是产生交变剪应力的最佳方式
🎈波长愈短、振幅愈大，则剪应力愈大、能量密度愈高，效果愈好

Q5.有效的振动消除残留应力方式

A5:利用外震波激发内部最大的波动,产生推动差排的最大剪应力,达到应力消除的效果。每种材料、形状、重量皆有其特殊的波动模式。

Q6.不当的振动应力消除施工

A6:巨观振动最大、微观振动最小
造成材料的疲劳
    撞击造成局部受力太大会受伤!

Q7.热处理的困恼

A7:
​•材料：不锈钢—无解
•变形—必定
•机械性质改变—变软
•巨大件—限制
•工地现场—限制
•氧化—须克服
•处理成本—高

Q8.残留应力的种类

A8:
​•热应力：缓和累积收缩
•相变应力：急速膨胀
•凝固缩收应力：热龟裂
•塑性加工应力：晶粒变形

Q9.制程产生的残留应力

A9:
焊接：热应力、相变应力、凝固缩收应力
钻孔：热应力、塑性加工应力
机械力矫直：塑性加工应力
热整：热应力、相变应力
曝晒：轻微去化应力
​喷砂：应力取决于砂粒

Q10.振动时效的发展史与副作用

A10:振荡技术的起源乃自从1950年代起，美国海军、德军利用共振测试船体及飞机结构的稳定性，并意外地发现振动亦可消除材料内部的残留应力。以振动消除残留应力有许多的好处，最大的好处没过于材料不会变形，其他如再也不必像大形热处理炉必需动辄数千万方能搞定设备，处理时间也可以大幅缩短且无高温氧化的困扰，还有仅需极小的能源便可对大型工件做应力消除，故在1960年代，振动消除残留应力的研究如雨后春笋般纷纷地发表，可是残留应力的量测并无标准，虽然振荡确实可以消除残留应力，但是其效果众说纷纭，令人质疑，并没有得到很大的回响，更何况还有许多的研究指出此项技术不但没达到预期的效果还有严重的副作用，一般最常受到抨击的便是疲劳破坏与机械强度变差了，因此如何达到最佳的效果与避免其所带来的副作用，便是这项研究的重点。所以"高频波"施作环境下才不会造成疲劳破坏的产生。

Q11.振动应力消除时对于站于工件上的人员是否有不良的影响

A11:施工使用的振动频率为"高频波"，而此波型大小决定晶格差排运动(应力释放)的能量，所以当有一介质(人或其他物件)在振动源(施工工件)上时，会引响此能量的大小进而引响效果。​

Q12.振动应力消除时对于工件上的必要附属装备是否有不良的影响。

A12:无不良影响(但须考量"振动松脱"的安全性)，振动应力消除必须避开亚共振与共振点(最大振福频率)，所以"高频波"施作环境下才不会造成反破坏的产生

Q13.振动应力消除对于工件的大小是否有限制

A13:一般施作范围是依照"振动波(能量波)"传递范围而定，当振动波有传递到该点就有相对的能量可进行应力消除，而依振动器半径2M内为有效地传递范围，当大于直径2M时需分成多点施作。
(振动器半径2M内为有效地传递范围，会因工件结构钢性而有所差异，如刚性结构较为薄弱时 传递范围会较大，反之 结构钢性密度高时 范围会较小)