پیش‌نویس:تنش زدایی ارتعاشی در اتصلات جوشی از جنس آلومینیوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

فرایندهای ساخت و تولید مانند ریخته گری، ذوب فلزات، جوشکاری و برش قطعات تنش هایی در قطعات ایجاد می کند که باعث شرایط ناپایدار در قطعات می شود و ویژگی های فیزیکی قطعه را تحت تاثیر قرار می دهند. این تنش ها به تنش های پسماند معروف هستند. تنش­ها در قطعات جوشکاری بواسطه­ ی توزیع غیر یکنواخت حرارت در حوزه جوش و تغییر شکل موضعی در قطعه بوجود می ­آیند. تنش­های پسماند باعث کاهش تحمل بار، کاهش عمر اتصالات جوشی و تغییر فرم­هایی در قطعه می­شود. روشهای تنش زدایی حرارتی و تنش زدایی طبیعی در گذشته برای کاهش این تنش ها در قطعات فلزی به کار می رفتند. اما این دو روش، عیوب و مشکلات بسیاری داشتند ، برای تنش زدایی به صورت طبیعی به زمان بسیار زیادی احتیاج است و مناسب تولید انبوه نیست و تنش زدایی حرارتی با توجه به کوره و تجهیزات آن هزینه بسیاری لازم دارد و انرژی حرارتی بالایی را نیز مصرف می کند.  با پیشرفت تکنولوژی روش نوینی به نام تنش زدایی ارتعاشی به وجود آمد که انرژی ، هزینه و زمان را به طور چشمگیرکاهش می دهد، این روش در مقایسه با تنش زدایی حرارتی، می تواند هزینه تنش زدایی را 90 درصد، انرژی لازم را 95 درصد و هزینه را 90 درصد کاهش دهد.در اتصالات آلومینیومی با توجه به تغییر ساختار مواد در فرآیند های جوشکاری استفاده از روش تنش زدایی ارتعاشی میتواند کمک شایانی به سازه های آلومینیومی داشته باشد.

کتاب-روش-تنش-زدایی-ارتعاشی-در-اتصالات-جوشی.jpg

مطالعات تنش ­زدایی ارتعاشی بر روی قطعات جوشکاری شده کارایی این روش را اثبات می­کنند. همچنین شبیه ­سازی­های کامپیوتری برای این روش نشان می­دهند که کاهش تنش پسماند در این روش به خوبی انجام می شود. در روش تنش زدايي ارتعاشي سيستم تنش زدایی از يك دیتالاگر شامل سنسور های شتاب سنج و همچنين يك موتور ویبره با قابلیت تغییر لنگ و یک کنترلر الکتریکی (اینورتر)  تشكيل شده است. دستگاه تنش زدایی تاکنون در کشور ما تولید نگردیده است و تماما برای زدایش تنش های پسماند از دستگاه های تنش زدایی ارتعاشی تولید شده در کشور های دیگر مانند چین استفاده شده است که در این پایان نامه توانسته شد با استفاده از تمامی محصولات داخلی این دستگاه را طراحی و ساخته شود. در تنش زدايي ارتعاشي تشخيص فرکانس طبیعی و محل قرارگیری موتور ارتعاش در جسم از اهميت بسزايي برخوردار است. يكي از روش هاي ملموس براي تشخيص فرکانس طبیعی، ضربه به وسیله یک چکش به قطعه جوشکاری شده و تحلیل اندازه هایی که توسط سنسور های شتاب سنج نشان داده میشود، در دیتالاگر است. روش كار در تنش زدايي ارتعاشي بدين صورت مي باشد كه ابتدا اتصال جوشی مورد نظر بر روي دمپرهايي كه زیر قطعه هستند قرار می گیرند. اين تكيه گاه ها را بر چهار طرف قطعه مي گذارند تا از نوسان جسم جلوگيري نمايند. براي اينكه نيروي لازم براي نوسان جسم و رسيدن آن به فركانس طبيعي به حداقل برسد، موتور را در وسط قطعه و نزدیک به اتصال جوشی قرار مي دهند و آنرا توسط گیره به جسم مقيد مي نمايند. اینورتر که یک کنترلر مرکزی فرکانس می باشد را به موتور ویبره متصل کرده و دركنار آن قرار مي گيرد. پس از قرارگیری مناسب موتور ویبره روی قطعه، موتور را روشن كرده و بوسيله اینورتر فركانس طبيعي جسم را با تغيير دور موتور و یا ضربات چکش بدست مي آوریم. پس از محاسبه دقیق فرکانس طبیعی ، فرکانس مورد نظر به وسیله اینورتر تنظيم کرده و موتور با فركانس طبيعي جسم بر اساس استاندارد به مدت 40 دقیقه نوسان مي دهیم. براي تست صحت انجام شدن تنش زدايي روشهاي مختلفي وجود دارد كه نيازمند تكنولوژي و دستگاه هاي پيشرفته اي مي باشد. از جمله اين روشها انجام عمل سوراخ زني و محاسبه ميزان انحراف سوراخ از دايره و اندازه گیری سختی آن مي باشد. تنش زدايي ارتعاشي در ايران بسيار محدود بوده و علي الرغم توليد دستگاه با قيمت مناسب بعلت ارائه حكم تأييدیه از مراكز معتبر با مبالغ بسيار بالا هزينه هاي تكثير اين تكنولوژي را با مشكل مواجه كرده است. تنش زدایی ارتعاشی با موفقیت برای اجزای ساخته شده از فولاد، چدن، آلیاژ فلز غیرآهنی و غیره در صنایعی مانند مکانیکی، هوانوردی، تجهیزات شیمیایی و ماشین های ساختمانی به کار رفته است. تنش زدایی ارتعاشی، به دلیل داشتن ویژگی های زیرتوجه بسیاری در صنعت به دست آورده است: سرمایه گذاری کمتر: در مقایسه با روش های دیگر تنش زدایی ، تنش زدایی ارتعاشی، کوره تنش زدایی لازم ندارد و بنابراین هزینه آن به طور چشمگیر کاهش می یابد. در صنعت بیشتر از روش تنش زدایی حرارتی استفاده می شود. فرایند های ریخته گری و جوشکاری بزرگ برای از بین بردن تنش باقیمانده، کوره های بزرگ احتیاج دارد که با نرخ سودمندی کم، هزینه بسیاری ایجاد می کند. یکسان کردن دما در کوره نیز سخت و بی تاثیر است. تنش زدایی ارتعاشی به جلوگیری از این مسائل کمک می کند. بنابراین، در حال حاضر، جوشکاری های بزرگ در پل، کشتی ها و ماشین آلات صنعتی با چند صد متر طول و همین طور ریخته گری سنگین با چند صد تن وزن، تنش زدایی ارتعاشی را به کار می برند. زمان کوتاه فرآیند: تنش زدایی با روش طبیعی، ماه ها طول می کشد، و تکمیل تنش زدایی حرارتی، صدها ساعت زمان لازم دارد، در حالی که تنش زدایی ارتعاشی در چند دقیقه انجام می شود. به علاوه، تنش زدایی ارتعاشی، اتصال به زمین لازم ندارد، یعنی زمان حمل و نقل قطعات قبل و بعد از تنش زدایی را کوتاه می کند. اگر تجهیزات تنش زدایی ارتعاشی در خط تولید فرآیند مکانیکی نصب شوند، ترتیب تولید کوتاه تر می شود و می­توان تنش ایجاد شده در طی ماشینکاری را فورا از بین برد. حمل و نقل آسان تجهیزات: اندازه کوچک، وزن کم و قابل حمل بودن تجهیزات را می توان از ویژگی های بارز تجهیزات تنش زدایی ارتعاشی در محیط تولید نام برد، چون محدودیتی در محیط ندارند. بنابراین تجهیزات تنش زدایی ارتعاشی، آسان تر است و کاربرد آن در همه موقعیت ها امکان پذیر است.  صرفه جویی در انرژی و کاهش هزینه: تنش زدایی در قطعات تحت فرکانس های ارتعاشی، انرژی کمی مصرف می کند.این روش اثبات می کند که موتور ویبره با توان 0.25 تا 1 اسب بخار، می تواند قطعات کمتر از 150 تن را به نوسان دربیاورد. بنابراین برآورد می شود که مصرف انرژی تنش زدایی ارتعاشی، 3~5% روش حرارتی است و 8~10% آن هزینه دارد. عدم محدودیت در جنس مواد :تنش زدایی ارتعاشی از مشکل خمیدگی، تغییرشکل، اکسیداسیون، کربن زدایی و خرد شدن قطعه فلزی در فرایند جلوگیری می کند و هیچ محدودیتی در نوع جنس ندارد. بهترین روش برای از بین بردن تنش هایی که مجددا تولید می شود است. اصول علمی روش تنش­ زدایی ارتعاشی اساس كار اين روش بر يك اصل فيزيكي قرار گرفته است، به طوري كه هر قطعه داراي يك يا چند فركانس طبيعي است،‌ در صورتي­كه يك نيروي ديناميكي خارجي برابر با فركانس طبيعي قطعه به آن اعمال شود، قطعه با بيشترين دامنه شروع به نوسان مي­کند. فركانس طبيعي هر قطعه به ابعاد، مقاومت ماده در برابر تغيير شكل و پيچيدگي و وزن آن بستگي دارد. فركانس طبيعي از يك تركيب به تركيب ديگر تغيير مي‌كند و بنابر پيچيدگي قطعه ممكن است 10 و يا بيشتر پيك رزونانس در قطعه مشاهده شود. يك قطعه فلزي به طور معمول حاوي 6 پيك رزونانس است. بسته به موقعيت هر قطعه ، پديده رزونانس ممكن است مفيد يا مزاحم باشد. مثلاً در اتومبيل ها رزونانس فنرها مضر بوده و بايد ميرايي مناسبي با كنترل نيروي وارده بر آن در نظر گرفت. يكي از موارد استفاده از اين پديده كه در طي قرنها بدون دانستن اصول علمي آن استفاده شده است، كاربرد آن در وسايل موسيقي است. براي مثال تار گيتار و يا پوستي كه روي طبل كشيده شده است،‌داراي نوسانات طبيعي متعددي هستند كه در حين اعمال ضربه، در اين نوسانها دچار ارتعاش شديدتري نسبت به بقيه ضربه ها مي‌شوند. در عين حال اين پديده مي‌تواند كاربردهاي بسياري در علوم مختلف داشته باشد. به طور مثال در روش تنش زدايي ارتعاشي با پيدا كردن فركانس طبيعي قطعه، توسط روش هايي كه در ادامه گفته خواهد شد فركانس ارتعاش مناسب قطعه را يافته و آن را براي مدت زمان معين به قطعه اعمال مي كنند. در اثر ايجاد اين ارتعاش در قطعه انرژي لازم براي از بين بردن به هم ريختگي ساختار كه مشابه آن در روش حرارتي توسط حرارت تامين مي‌شود، به قطعه داده شده و قطعه به وسیله این ارتعاش تنش های پسماند را آزاد کرده و از بین می روند.پديده رزونانس با ميرايي همراه است. به طوري كه انرژي داده شده به هر اتم كه موجب ارتعاش آن شده است به مقدار زيادي به محيط منتقل مي شود. اگر دخالت عوامل محيطي نظير اصطكاك نباشد دامنه در فركانس رزونانس بي نهايت مي‌شود. البته هيچ دستگاهي واقعاً به اين صورت رفتار نمي‌كند و انتقال تدريجي انرژي به محيط باعث نزول دامنه حركت مي‌شود و دامنه به صورت تابع نمايي زير نزول مي‌كند. شکل 1: دامنه حرکت هماهنگ میرا به صورت تابعی از فرکانس

فرکانس طبیعی.jpg

.[۱] هر پيك هارمونيك نيز مطابق با نمودار زير داراي يك منطقه زير هارمونيك است. [۱] http://vibratorystressrelieving.com.au/ http://www.v-s-r.co.uk نتیجه گیری نتیجه آزمون بارگذاری تنش زدایی ارتعاشی در آلیاژ های آلومینیوم نشان می دهد که قطعات تحت تنش زدایی ارتعاشی، قابلیت استحکام بهتری از قطعات بدون تنش زدایی و یا تنش زدایی شده با تنش زدایی حرارتی دارند. قطعات به وسیله ایجاد ارتعاش سخت و محکم می شود و دقت ابعاد آن ها نیز تثبیت می گردد. [۲]


Standard for Machinery Industry of P.R. C [1] VSR Technological Parameters Selection and Technical Requirements JB/T5926-2005 [2] یک اسب بخار برابر با ۷۴۶ وات است.

  1. «روش تنش زدایی ارتعاشی در اتصالات جوشی|اتصال‌های جوش‌شده||خانه كتاب |ketab.ir». db.ketab.ir. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۱-۳۰.
  2. Wiesmann, U. N.; DiDonato, S.; Herschkowitz, N. N. (1975-10-27). "Effect of chloroquine on cultured fibroblasts: release of lysosomal hydrolases and inhibition of their uptake". Biochemical and Biophysical Research Communications. 66 (4): 1338–1343. doi:10.1016/0006-291x(75)90506-9. ISSN 1090-2104. PMID 4.