振動法技術

何謂殘留應力

廣義：
殘留應力是指材料或工件在加工製程後定溫及無外力作用與束縛下，為達到力平衡而存在於物體內的彈性應力

殘留應力=彈性應力

依原子觀點而言，當材料受到較大外部能量(加工)時就造成原子集體的偏移，此偏移為差排的形成與堆積，即為晶格的扭曲。晶格扭曲下則晶格與晶格間的內部就存在著"晶格應變能"，此應變能稱之為殘留應力；當內部晶格應變能越大，即殘留應力越大。由於扭曲晶格屬於彈簧式的回彈機構，所以殘留應力相同是屬於彈性應力

殘留應力來源及危害

鑄造
鍛造
銲接
熱處理
機械加工
其他

🔽緩和累積收縮
🔽急速膨脹
🔽熱龜裂
🔽晶粒變形

殘留應力

💮熱應力
💮相變應力
💮凝固縮收應力
💮塑性加工應力

消除殘留應力的方法

(讓材料內部的扭曲晶格因差排能再度移動，成為完美晶格)

何謂振動消除應力

依原子觀點而言，當材料存在殘留應力時，將造成晶格的扭曲，此時內部存在著"晶格應變能"，內部晶格應變能越大，即殘留應力越大。則扭曲晶格屬於彈簧式的回彈機構，所以殘留應力相同是屬於彈性應力，此時當有新的外部能量刺激扭曲晶格，使之原本卡住扭曲晶格受外部能量的刺激，彈性回復到初始位置變成完美晶格(完美晶格即無差排、無應變能的晶格結構)，也就是釋放殘留應力。
當材料受到較大外部能量(加工)時會造成原子集體的偏移，此為差排的形成與堆積，而移動此堆積的差排則為應力釋放現象，要移動此差排惟有借助剪應力的作用，故越大的剪應力則推動差排移動的效果越好。而波動是造成材料內部產生剪應力的最佳來源。
綜合上列兩敘述，透過振動產生波動能量使之材料扭曲的晶格受差排移動，已達釋放殘留應力變成完美晶格，之過程為振動消除應力。

扭曲晶格

應力消除

完美晶格

Vibatory Stress Relief(V.S.R)振動消除應力技術

利用振動的方式將能量導入材料內部，進而降低材料內部殘留應力的技術。殘留應力對於金屬零組件有相當大的影響，所以金屬零組件在加工過程上必須留意殘留應力是否存在，才能製造精密度符合要求且具備優良品質的零組件。此技術已被證明可有效地降低殘留應力、減少金屬零組件變形並提升金屬材料強度，並且振動技術具有節約能源、無汙染、成本低、高效率、操作方便等優點。

目前已有許多金屬加工產業應用振盪技術來達成以下項目：

(1)提高銲接品質 (2)避免加工變形 (3)防止應力腐蝕 (4)提升工件使用壽命 (5)節省熱處理成本達95%

同步振動銲接

銲接後之殘留應力釋放是造成銲件變形、龜裂、以及日後時效應變的元凶，因此為銲接設計者最為苦惱的問題。殘留應力的發生是由於銲接時施入之熱量造成不均勻的熱應力而導致，或外加銲道材料與母材間相異之熱膨脹係數的加乘作用，而使的銲後殘留應力值急遽且不均勻的放大。若在銲接施工之同時施入振盪能量則可以影響熔池凝固組織，在熔金結晶時會打斷柱狀晶過大的成長、增加晶粒的成核率、細化晶粒、降低柱狀晶一味垂直熔融線生長的現象，因而打斷晶粒生長方向的連貫性而減緩銲道結構偏析的現象，基於材料一般性的觀念上可說是銲道組織得到有所改善。
於應力形成的觀點上解譯，銲道溫度由熔點而降至常溫，其內應力值反之由零而生至最高，恰與材料內部拘束的情形成正比，所以在熔池應力即將形成之時即隨著拘束的增加而逐步釋放內應力，當可達到銲道應力消除的最佳效果；再者在較高溫下由於原子間振動的擴大，致使降低差排脫離障礙束縛所需的額外能量，此時外加的振盪能恰好能有所加乘其能量，並發揮最好的差排功效。因此會在殘留應力較大處得到較大的應力釋放效果，因而此法是可以得到較銲後再做振動消除應力的效果為佳。

無施作同步焊接晶格

V.S

有施作同步焊接晶格

適用材質

低/中/高碳鋼，合金鋼，工具鋼，不銹鋼，錳鋼，鉻鎳鐵合金，鋁合金，鈦合金，鑄鐵，鑄鋼，鋁壓鑄鑄件，鍛件和銲接結構等等。

適用產業

產量高，種類多，生產效率要求高的大、中型機械製造廠，可以滿足機械製造廠對消除殘留應力方面的應用。
航太、船艦、武器等軍事工程，可提升了武器裝備製造技術，確保重點軍事設備的品質及精準度。
鋼構橋樑、鋼構建築、油電運輸管線、化學儲存槽等公共工程，可解決公共設施的疲勞腐蝕和變形破壞，確保公共設施的使用壽命及安全。

V.S.R.與熱處理比較表

項目	振動消除應力(TST-VSR)	熱處理
操作成本	便宜、每公斤成本0.1或更低	昂貴、每公斤成本約30元或更高(依時價計算)
操作手續	簡單、僅需四小時的教育訓練	設定簡單、但必須按表操課
操作時間	短、約一小時左右不等(依工件大小而定)	長、約數小時甚至數十小時不等(依要求程序而定)
副作用	常溫操作、無脫碳、氧化、鏽皮等困惱	材料因氣體而氧化、產生鏽皮等困惱
材料成分	常溫操作、無元素擴散氧化等問題	脫碳、合金元素氧化使材料軟化
材料限制	無金屬材料限制	有金屬材料限制，例如：不鏽鋼…等
機械性質	完全不影響	會使材料軟化，強度變低，造成腐蝕的疑慮
加工變形	完全不變形，適用於各製程應力消除	會導致變形、不適用於成品
效果	應力消除可達到40~70%以上，經由應力量測證實	唯有退火部分可消除絕大部分應力，但其他製程又會產生應力(如：正常化、淬火)，且無量測證實

案件舉例

產品名稱	材料	目的和效果
鋁壓鑄模具	SKD-61	提高精度、製造的精度、使用壽命、降低模具二次加工時的變形
鑄造產品	FC,ADC	提高精度、減少工時及二次加工的變形、預防鑄造後的應變
塑料成型模具	SKD-61	提高精度、製造的精度、使用壽命、降低模具二次加工時的變形
鍛壓機床滑枕	SC	降低銲接後的溫降變化所累積的應力及銲道裂紋的產生
汽車外部板材沖壓模具	FCD	提高精度、製造的精度、使用壽命、降低模具二次加工時的變形
滑軌、工具機基座	FC	提高精度，減少加工步驟，提高產品的精度，延長使用壽命
鋼柱、鋼構、機架、銲接結構件	SS	提高銲接品質及使用壽命，銲道晶粒顯微結構細微化
渦輪外殼、渦輪葉片	FC	提高精度、改善前、後加工的變形或預防鑄造後的應變
大型金屬管線、儲氣(油)槽	Mn合金	減少銲道裂紋且銲道結構細微化
鋁合金蒙皮	鋁	降低疲勞應變，且提高可銲性、減少銲道裂紋且銲道結構細微化

TST-VSR振動消除應力設備技術原理

本公司所開發出振動消除應力TST-VSR設備機構之振動消除應力的振動技術原理係由利用激振器輸入一低頻振動，激發工件本身內部特殊的高頻段自然頻率，進而消除自身的殘留應力，此技術為本公司的高頻波(為本技術的精髓，已取得美國專利)，此種振動技術是最符合也是最有效地施入合宜的振動能量刺激扭曲的晶格變成完美晶格的技術。可對每一種金屬材料、尺寸大小、形狀、重量自動找出其特殊的頻率並自動執行振動消除應力。