~~銲件殘留應力的危害與消除之必要性~~
銲後變形與殘留應力有著極大關係;在銲接過程中，除了有熱應力產生外，因為熱造成變形也是一個無法避免的現象，而產生變形最主要的原因是，當熱應力超過降伏強度時，材料開始變形釋放出超出降伏強度的應力，而材料處於高溫狀態之下，其降伏強度會降低，使材料容易受殘留應力影響而變形。
銲接受殘留應力影響之變形：
(a).橫向收縮（Transverse Shrinkage）：垂直於銲道方向的收縮變化。
(b).縱向收縮（Longitudinal Shrinkage）：平行於銲道方向的收縮變化。
(c).角變形（Angular Distortion）：由於沿厚度方向之溫度不均勻分佈所
引起的角度變化。
(d).迴轉變形（Rotational Distortion）：由於熱膨脹之作用所引起的
迴轉變化。
(e).縱向翹曲變形（Bending Distortion）：當銲道位置不在母材中性
軸時，因熱收縮不均勻而形成沿銲道方向的撓曲變化。
(f).挫曲變形（Buckling Distortion）：當銲接薄板時，由於熱壓應力
之作用所引起的波浪狀變形。
以下介紹殘留應力對銲件的其他危害:
1. 殘留應力造成銲接龜裂的影響:
銲接殘留應力是造成銲接龜裂的主要原因之一，尤其對較脆性的材料而言，銲接龜裂是一項很難避免之問題。縱向殘留應力促使橫向裂紋的產生，橫向殘留應力則引起縱向龜裂。
2. 對銲件延性及破斷強度的影響：
當材料本身具有較佳之延展性時，殘留應力會造成銲道塑性變形。若材料本身之延展性較差，殘留應力將會使整個材料較容易破壞斷裂，因為材料內已存在著拉應力，只要外加一小負荷，即可達到降伏強度而開始變形；但是由於材料本身延性不足，負荷持續加重容易造成材料破斷。
3. 殘留應力對疲勞強度的影響：
殘留應力對銲件之疲勞強度的影響，與整個應力分佈及承受之應力有關。一般而言，當外加應力方向與殘留應力方向相同時，會造成疲勞強度降低，但是當外加應力方向與殘留應力方向相反時，則會對疲勞強度有所幫助。
4. 殘留應力對加工精準度的影響：
在銲接工作結束之後，工件往往還會有後續的加工處理。銲接件在經過切除之後，該處的應力同時被釋放，銲接殘留應力為了達到一個平衡狀態，必須要重新分佈，於此同時銲接件的形狀和尺寸也將產生變化，加工精準度不易控制。
5. 殘留應力對應力腐蝕的影響：
腐蝕為金屬與周圍環境產生化學作用並引起破裂，而當在發生腐蝕的同時還有附加殘留應力的作用則會加速腐蝕破壞，此為應力腐蝕破裂。
總體而言，工業界碰到上述5種銲件的品質與安全性問題，均是受到殘留應力的影響而造成，故殘留應力的消除對銲件而言非常重要。而殘留應力的消除目前僅有以熱的方式或機械力的方式施行，以熱的方式是一般人最常採用的，但是並不是所有的人或物皆適合，這時你可以有另外的選擇。就像是當你的材料遇熱後會變質(好比不鏽鋼弛力退火後會敏化而會開始生鏽)、會變軟(淬火鋼弛力退火後會麻田散鐵會消失不見而致硬度下降)、會變形(工件進行弛力退火後會因應力的大量釋放而變形)、會氧化(因在高溫中材料易與氧結合)等，或是你的工件太巨大等皆不適用，另外熱處理的設備昂貴(尤其具備真空或保護氣氛功能者)、處理時間長(約較振動多4倍以上的時間)、處理場地受限制(無法將爐子帶到施工現場)等，此時振動應力消除則是最佳的選擇！

振動時效前後 Stress mapping 分析
AZ31鎂合金初始狀態(冷軋延 20%後)之TD-RD平面的 Stress mapping 殘留應力分布，除此之外， (b)-(d)分別為振動時效 5、10 與 20 min的Stress mapping 殘留應力分布圖， (e)為 AZ31 鎂合金懸臂樑振動應力消除系統。(a)-(c)圖形皆顯示擁有應力集中區(stress concentration zone;SCZ)，還擁有最大的壓縮殘留應力值位於中間區域，隨著振動時效時間(可同等於循環次數，時間乘上頻率即為循環次數)的發展，Stress mapping 殘留應力分布先是增加後來才減少(如圖(a)-(d))，在振動時效 5 min 之後，這種現象可能是由於加工硬化(Working hardening)，才造成應力集中區的金屬塑性區加工硬化現象。
因為外加的循環應力有可能會造成金屬加工軟化(Softening)或硬化(Hardening)。因此，位於中間區域的應力集中區可能有最大的彎曲度產生，因懸臂樑系統的第一共振頻，彎曲最大幅度位於中間區域，所以產生局部性的塑性變形。觀察圖(c)與(d)，與圖(a)比較，其 Stress mapping 殘留應力分布圖顯示所有的殘留應力分擁有較低的壓縮應力值，如圖(a)在應力集中區的最高壓縮應力區從-190MPa~-220MPa(咖啡色區塊)下降至如圖(c)的-130MPa~-160MPa(紅色區塊)，或下降至如圖(d)的-100MPa~-130MPa(黃色區塊)。因此，經由VSR振動應力消除製程，約略有 45%的壓縮應力值被消除(振動時效20 min)與幾乎30%的壓縮應力值被消除(振動時效 10 min)，當振動振幅超過一個臨界門檻(本懸臂樑系統為固定 3.7G 的振動振幅)，藉由差排的移動使彈性應變會轉成微觀塑性應力。
在本研究中另外可發現一個重要的現象，如圖(d)，在振動時效20 min 後，發現一個幾乎均勻化的殘留應力分布，大部分區域都是-70 MPa ~ -100 MPa (綠色區塊)，並不是所有的殘留應力被消除，為什麼是殘留90應力不是被消除而是均勻化呢?再對照圖(a)與(d)，發現A區(Zone A)的殘留應力區從-100MPa~-200MPa降至-70MPa~-130MPa但是 A 區之外的殘留應力區從-10MPa~-70MPa增加至-70MPa~-130MPa。即應力集中的區域減少殘留應力，但低應力區域則增加應力，故類似殘留應力均勻化的現象，不論高或低的殘留應力都趨向於-70 MPa ~ -100 MPa 之間，最後結論，顯示 VSR 振動應力消除製程可以使冷軋延後的試片之應力集中區消除，而且使整體試片的殘留應力分布均勻化。
#振動法工時越久消除率越佳 #振動法應力分布均勻化

風機-經過組銲加工後均會造成殘留應力的形成，如沒有適當的施作應力消除，容易造成爾後運轉時產生尺寸及幾何變形的狀況，使它動平衡不當的主因。
本案例是於風機葉片補銲後，先針對風機整體施作振動應力消除作業，待應力消除完後再進行"動平衡"的校正，這樣才能得到良好的尺寸穩定性以及風機運轉使用壽命。
#振動應力消除 #殘留應力 #變形 #動平衡 #風機 #振動應力消除機