振動技術推廣

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 


V.S.R.與熱處理比較表