TWI314489B - - Google Patents

Description

1314489 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種殘留應力的消除方法，特別是户 一種以震動消除殘留應力的方法。 曰 【先前技術】 舣矬宙鑄造、輥壓 恐返埋、銲接等不同 加工程序的工件’均普遍存在有殘留應力，而該殘留應：

在材料本身可承受的限度内，通常是無法以肉眼得知，因 此，設計者的設計條件往往忽略此殘留應力的問題，惟， 此一殘留應力是許多銲接缺陷及破帛發生的原目，可处會 造成構件變形，導致構件接合、組裝時困難，及材料月易匕於 龜裂等問題’是提昇品質必須相當重視的課題。 而目前消除殘留應力的方法很多，概略可分成熱處理 與機械處理兩種。 利用加熱消除殘留應力的方法稱為應力消除退火（ =erRellef Annealing)。主要是以適當的溫度（再結晶溫度 Λ Λ加熱該卫件，㈣持溫—段時間，使該工件在高溫 ^結晶，晶粒重新成長，釋放殘存於材料内部的應 =惟，此方法必須精確控制加熱溫度、持溫時間及冷卻 '’才能完全釋放殘留應力’及避免工件收縮不均，反 使殘留應力增加的情形，熱處理不但設備較為昂貴、程序 件相當繁雜、處理時間較為冗長，且上述設備會 文~地與工#的士 r 仟的大小而有所限制。 利用機械方式消除殘留應力的方法可以鐘擊（Peening 1314489 )為代表，主要是對銲件的銲道進行錘擊，使銲道表面產 生壓縮的塑性應變，並產生壓縮應力，消除殘留在銲道上 之拉伸應力。惟，此方法的實作經驗多於科學的數據，有 控制不易、精確度無法掌控的缺失。

另有一種以振動消除工件殘留應力的方法，雖然可以 使工件在發生震動時，達到消除殘留應力的目的，惟，1 於振動頻率與該卫件的共振頻率f習相關。在震動時部分 的能量會消耗於卫件的跳動，而另外—部分的能量則= 工件的波動，而波動越大驅動差排（disl〇cati〇n)移動的效果 也越大’對應力消除也最有貢獻，而在共振點上，工件產 生最大的跳動，因此用於波動的能量則相當有限，也直接 :響消除殘留應力的效果’因此，在無法確實知道適當的 震動情形下’根本無法提昇應力消除的效果 率的設定’也會因為工件的不同，無法獲得一客觀的= 【發明内容】 、，因此’本發明之目的，即在提供—種可以提昇殘留應 力消除效果的以震動消除殘留應力的方法。 於是’該以震動消除殘留應力的方法，是以—系統做 為工具’該系統包含可改變振動頻率的一振動器、可量測 振幅與頻率的-感測器，及可顯示振幅與頻率的一顯示器 访該方法包含下列步驟：步驟一：使該振動器、該感測器 二工件接觸。步驟二：該振動器在振動過程中，將振波 傳遞至該X件’使社件同步產生振動。步驟三：透過該 1314489 步驟32:啟動該振動器u，使該振動器u在振動過程 ’將振波傳遞至該工件2，藉此，使該工件2同步產生振 動。 步驟33 ··透過該感測器12量測紅件2振波的振幅與 頻率’並顯示在該顯示器j 3。 步驟34:漸漸提高該振動器1振動頻率，且透過該顯 2 13顯示的波形來衫’當在主波形上出現相當密集規 ^依附波時’此密集規律的波即為依附在主震動波的高 頻波。 步驟35:繼續微調該振動器n的振動頻率，且透過該 ，不器13顯示的波形來決心當的輸人頻率，參閱圖3， 當波料高頻波振幅呈現最大時，即為依附在主震動波且 產生表大振幅的高頻波，此日丰拿雪紅，+以β 頻率）約為伽。 夺主震動波的頻率（亦即輸入的 步驟3L以步驟35的輸入頻率（45Ηζ)，對該工件2連 振動約二十分鐘’使該工件2在發生最大振幅的高 頻波時’有效地消除大部分的殘留應力。 :下即針對經過氬銲的三塊試片’分別進行主震動波 田—員波（震動模式Α)、低頻波（震動模式β)，及本發明 取大振幅且依附在主震動波的高頻波（震 盈處理’比對殘留應力消除的效果。 ）等-種振 本實施例所採用的材料試片為SS41低碳鋼板材，試片 、尺寸為450X300X14 (腿）。首先是將試片放置在溫度為 1314489 900°C的爐中-小時，進行應力釋放的處王里，之後進行爐冷 。退火後的試片表面’使用400號的紗紙清除鏽皮，並用 丙酮清洗乾淨，處理後即可進行殘留應力的量測。 振盡處理寺疋經由該顯示器13顯示出頻率與振幅， 其中主震動波振幅最高點的位置即為主震動波的共振點， 所對應的頻率即為共振頻（震動模式A，輸人頻率為47 8Hz) ’其振動波形如圖5所示；而低頻波（震動模式b，輸入頻 率為40.1 Hz)的頻率則取共振點振幅值約1/3的位置，其振 動波形如ffi 6所不；本發明依附在主震動波且產生最大振 巾田的同頻波（震動模式c，輸入頻率為45Hz)的頻率必須搭 配遠顯不益13決定頻率，方法步驟如前所述，其振動波形 如圖3所示。 絰過使用共振頻波（震動模式A)、低頻波（震動模式 、依附在主震動波且產生最大振幅的高頻波（震誠式C)振 盈20刀鐘後’就可以進行殘留應力的測量。本實施例應力 之1測採用ASTM標準E837規範的“ Determining

Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain -Gage Method» 量測。 參閱圖4’可·以清楚的看出，使用主震動波的共振頻波 ’其殘留應力消除㈣》28.4% ;而使用低頻波的殘留應 力消除比率為34.3% ’顯然：，共振頻消除應力效果不及低 頻波，而以本發明依附在主震動波且產生最大振幅的高頻 波’其殘留應力消除㈣39 3%為最佳。意即當依附在主 震動波的咼頻波的振幅達到最大時，消除殘留應力的效果 1314489 最佳。 由於振動的波形為複合波的波形，因此，將波形進行 刀離’發現複合波主要是由一個主震動波，及一個依附在 主震動波頻率極高的高頻波，結合而成的結果，所以，若 將圓3、圖5、圖6所示主震動波的共振頻波、低頻波，及 依附在主震動波且產生最大振幅的高頻波的波形加以分離 出主震動波與高頻波’就可以獲得如圖7、圖8、圖9所示

的咼頻波的波形圖，其中以圖9即依附在主震動波且產生 取大振幅的高頻波，其高頻波振幅最大，而圖8所示低頻 波次之，圖7所示主震動波的共振頻波為最小。因此，當 依附在主震動波的高頻波的振幅達到最高時，對於殘留應 力的消除效果最好，*當依附在主震動波的高頻波的振幅 愈小時，對於殘留應力的消除效果愈差。 據上所述可知，本發明之以震動消除殘留應力的方法 具有下列優點及功效： 本發明是搭配該感測件12與該顯示器13決定依附在 主震動波且產生最大振幅的高頻波時機’不但可以有效地 消除大部分的殘留應力，大幅的減少能源的浪費、不受到 施工場地的限制，且能簡化料、降低成本， ^ 具實用性及方便性。 令贫月更 以上所述只是本發明之較佳實施例而已，當、 限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明申請：利二 發明况明时所作之簡單的#效變化與修飾， 明專利涵蓋之範圍内。 10 1314489 【圖式簡單說明】 圖1是一正視圖，說明本發明以震動消除殘留應力的 方法的—較佳實施例； 圖2是該較佳實施例的一流程圖； 圖3是一振動波形圖，說明該較佳實施例中依附在主 震動波且產生最大振幅的高頻波； 圖4是使用主震動波的共振頻波（震動模式A)、低頻波 (展動模式B) ’及依附在主震動波且產生最大振幅的高頻波（ 震動模式C)的一殘留應力消除比率表； 圖5是主震動波的共振頻波的一振動波形圖； 圖6是低頻波的一振動波形圖； 圖7是主震動波的共振頻波去除主震動波後的一高頻 波的波形圖； 圖8是低頻波去除主震動波後的一高頻波的波形圖； 及 圖9是依附在主震動波且產生最大振幅的高頻波去除 主震動波後的一高頻波的波形圖。 11 1314489 【主要元件符號說明】 1 ·'' .....系統 13，… …· ·顯示器 11..... .....振動器 2…… .….工件 12""* .....感測器 12

Claims (1)

1314489 申請專利範圍 種以震動消除殘留應力的方法，是以 ，該系統包含可改變振動頻率的一振動器系：：為工具 與頻率的一感測器，及可顯示 。《剛振幅 該方法包含下列步驟：…的1示器， 步驟-：使該振動器、該感測器與 〆驟一.該振動器在振動過程中，將振 ， 工件，使該工件同步產生振動； '波傳遞至錢 东步驟二：透過該感測器量測該工件振波6“ 率，並顯示在該顯示器； 、振幅與頰 步驟四：調整該振動器的振 示出依附在主震動波的高頻波產生最大的二:亥顯示器顯 步驟五：使該振動器以該步驟四的：動：;及 工件連續施以振動。 臀四的振動頻率，對讀 2. 3. 依據申請專利範圍第！項所述之 方法’其中，該振動器是直接放置在二除:留應力的 依據申請專利範圍第丨項所述 。 測器是直接放置在該工件上 方法，其中’該感測哭…一靖除殘留應力的 13 •1314489

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33 34 35 36 1314489

(Λ)冒為 1314489 <跻^迩银笮一TS5¥WK鍥«皞镢砸容ιψ^γ^^ι^τ^礙¥叫婵銮擊/^«^，鍥镢皞咪 消除比率 28.4% 34. 3% 39. 3% 消除量(Α-Β) CO σ> 〇 CNI r-H ΙΟ CO fΗ 振動後(Β) 呀 CQ (ΝΙ Ο CO CNI oo s 焊接後(Α) οα CO g CO g CO 力(Mpa) 振盪模式 共振頻波(震動模式A) 低頻波(震動模式B) ^ M ^ c M鍥 _联 1314489

0Γ0〇〇0_0 900s,0csltro 00,0 (Λ)冒：i Loe 1314489

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