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台灣應力有限公司
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振動應力消除機-TSC-02專用機
產品尺寸: W250mm/D325mm/H410mm(Max)
工作電壓: 單相AC 110 V
可搭配使用馬達型號: TSM-01、TSM-02H/L、TSM-03
部件重量: 15kg±10%kg (不含電源線)

內建功能如下
(1)頻譜自動掃描功能 (2)手動操作功能
(3)頻譜圖顯示功能 (4)自動應力消除設計
(5)自動頻率設定功能 (6)全自動操作設定
(7)LED指示板照明燈

專用機模式
►振動應力消除

專為振動應力消除所設計的機種,更人性化的流程操作及設備功能保護~!
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2016/11/7
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在擁有殘留應力的物體中,在高殘留應力的區域如圖2.所示,其殘留應力在振動之前為M,而H是使A原子能移動到虛線位置的最低需求,當振動提供的應力加上殘留應力能夠超越H時,A原子可以跨越原子間的障礙而降到低點L,如此便能夠釋放殘留應力,而釋放的殘留應力為M-L,原子排列的型態如上則圖1.(b),因為A原子已經處於最低能量的位置,除非提供H-L的應力否則無法使A原子繼續移動,而當應力已經釋放,振動的力量卻又遠小於此,所以A排的原子將無法繼續移動,形成一個主要差排分解形成兩個部分差排。相對於上則圖1.(a),(b)圖的疊差增加了。

殘留應力+振動應力>降服應力

於是便能夠消除更多的殘留應力。


主差排分解後可以降低應變能,另一方面差排的能量也可以降低,因其能量正比於Burger’s vector的平方,另一方面當主差排分解後兩個部分差排太過靠近,由於差排之間的斥力會使得這兩個差排互相往反方向移動,這個機構是擴大差排 (extended dislocation),直到這兩個差排間的斥力低於使差排移動的力量,這個機構便會停止,這個機構涉及了材料的疊差能,這可以解釋為何同樣晶體結構的材料對振動應力消除的反應有著不小的差異,但由於有外加振動的力量,即使是差排的斥力小於移動所需的力量仍有可能滿足移動所需的最小力量,因此藉由差排的移動使原子重新排列進而降低材料內部的應變。
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根據差排移動的理論,考慮一個物體由於加工造成塑性變形,因而內部有殘留應力的情況。圖1.中A排與B排之間有一列差排,當振動造成的塑性變形發生時,差排向左移動,而A排的原子由圖1.(a)中的位置移動到圖1.(b)中A的位置,由於直接由(a)移至(b)的位置需要很大的能量,一般相信是先由(a)移至虛線的位置,然後再由虛線的位置移至圖(b)A的位置。

以能量的觀點而言,這也是差排移動最省力的方式。當殘留應力造成的原子異位消除後,振動的力量便不足以提供原子移動至下一個空位,在其它非f.c.c.晶係的材料,也會因為振盪無法使差排移動一個完整的Burger’s vector,而形成上述的現象。
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殘留應力之簡介
工件在製造過程中,將受到來自各種加工製程等因素的作用與影響;當這些
因素消失之後,若工件所受到的上述作用與影響不能隨之完全消失,仍有部分作用與影響殘留在工件內,則這種殘留的作用與影響稱為殘留應力或殘餘應力。美國銲接協會(American Welding Society,AWS)將殘留應力定義為:在未受外力的作用下,所存於物體內部之應力凡是沒有外部作用,物體內部保持自相平衡的應力,稱為物體的彈性應力。圖 1[18]為殘留應力產生示意圖。圖 1(a)為在彈性限下試片兩端受到外加力應 F 值施壓,造成試片彎曲,取截面 AA′的應力分佈為,上方形成拉伸應力而下方形成壓縮應力;圖 1(b) 為外加應力 F 值繼續增大而使應力分布大於彈性限,試片的形變量明顯增加,圖 1(c)為外加應力 F 力值釋放掉後,試片將回彈,但已經超過彈性限,故產生不可逆塑性變形量,最後在試片內部達到拉伸應力與壓縮應力的力平衡。
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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。殘留應力對機械加工產業也有相當大的影響,精密的成形加工必須 小心控制殘留應力,才能製造精密度符合要求且具備優良品質的零件。此技術已被證明可有效地降低殘留應力 、減少工件變形並提升材料強度,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。

目前已有許多工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%

使用振動消除應力的效果與好處

當使用振動消除應力後…..
(1)提高工件的銲接質量
(2)提高工件的使用壽命
(3)防止工件變形
(4)防止工件應力腐蝕
(5)防止工件加工失敗
(6)替代熱處理

使用振動消除應力的好處….
(1)減少90%的處理成本
(2)減少90%的處理時間
(3)高效率的消除殘留應力
(4)沒有任何尺寸或重量限制
(5)沒有環境的限制
(6)隨時都可以使用

振動消除應力技術適用產業
造船工業 鋼結構工業 航太工業 國防工業
模具業 銲接相關產業 工具機產業 精密鑄造
大型機械設備(如:渦輪發動機葉片、汽車引擎)
其他大尺寸的關鍵組件(例如:油電管路、水壩)
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◆H型鋼_實作◆
實施方式:
1.樣品:H型鋼材
2.作法:
(1)將H型鋼材固定於橡膠墊上。
(2)振動馬達以C型夾鎖固於H型鋼材上。
(3)先量測:H型鋼材工件上的表面應力值後,
再進行振動應力消除,最後量測該點之
殘留應力比較前後差異。

☆總結☆
a.頻譜曲線顯示結果,前、後掃描的共振點向左移1.7Hz,依GB/T 25712-2010頻譜判讀方式,可判斷其加工已達到殘留應力消除作用。
b.X-Ray量測所測得數據中顯示其消除率44.1~65.4%,驗證此工序可達到消除殘留應力之效果。

#振動應力消除 #應力量測 #X-Ray
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2016/9/26
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~~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!
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2016/9/5
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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
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振動應力消除-殘留應力量測案列分享!

德拜-謝樂環之X-ray繞射訊號上擷取mean-FWHM
可驗證出振動後的應力消除率等數據!

►將滑鼠移至撥放器上右方照片縮圖,即可檢視圖片概要說明。
https://cincopa.com/~AgDAcmNMZ_eK
‪#‎殘留應力‬ ‪#‎應力量測‬ ‪#‎應力消除‬ ‪#‎銲接‬
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