A Meta-Lax vibrációs feszültség-mentesítő technológia ismertetése

FÉMEK FESZÜLTSÉG-MENTESÍTÉSE VIBRÁCIÓVAL
George Hebel III
BONAL Technologies Inc.
Royal Oak, Michigan

Ez az alternatívája a hagyományos termikus feszültség-mentesítésnek sikeresen használható, ha az előírt folyamatokat követik.

Amennyiben három alapvető eredményt akarunk elérni a fémek tulajdonságában, indukált vibrációs energia használható. Ezek azonosak azokkal az eredményekkel, amelyeket a hagyományos termikus feszültség-mentesítés is nyújt,

  • A vetemedések csökkentése a gépi megmunkálások során
  • A vetemedések csökkentése hosszú távon
  • A hegesztési repedések csökkentése hosszú távon (használati élettartam növekedés)

Több hőkezelő cég, akik vibrációs kondicionáló berendezést vásároltak, beszámoltak arról, hogy megnőtt az értékesítési bevételük. Ennek a sikertörténetnek fontos tényezője, hogy képessé váltak nagy méretű munkadarabok kezelésére, és a helyszínen is el tudják végezni a kezelést. Néhányan azt is felfedezték, hogy a hagyományos hőkezelést megelőzően alkalmazott vibrációs kondicionálás nagymértékben - közel 90%-ban - csökkenti a hőkezelés során keletkező vetemedéseket. Ez a jelenség nem érthető világosan, de az ASM Hőkezelési Egyesület (ASM Heat Treating Society) kellett, hogy kutatásokat végezzen. A metallurgiai szakemberek a feszültség-mentesítés definiálására tudományos terminusokat használnak, míg a vibrációs kondicionálás támogatói inkább a marketingben használt kifejezéseket alkalmazzák annak érdekében, hogy rámutassanak a teljesítmény azonos kimenetelére. Ha a vibrációs kondicionálást vizsgálják, a metallurgok közössége elismeri, hogy a hatás eredményes. Most már csak a tudományos magyarázat szükségeltetik. Ha egyszer megtörtén a kifejlesztése és elfogadásra került, a vibrációs kondicionálás alkalmazása növekedni fog, sajátságos módon a fémmegmunkálók 50%-a semmilyen feszültségmenetesítést nem alkalmaz, pedig kellene.

A SIKERES ELJÁRÁS ALAPJAI

A következőkben leírást adunk az általunk ideálisnak tartott vibrációs kezelési folyamatról, amely 35 éves gyakorlati tapasztalaton alapszik. A vibrációs kondicionálás - a Meta-Lax relaxációs eljárásunk - sinuszoidális rezgés-hullám formát használ. Energiát indukálunk, hogy rezgés amplitúdót hozzunk létre, ami alatta van a rezonancia amplitúdónak. A folyamat 30 perctől több óráig eltarthat, attól függően, hogy milyen az alkatrész szilárdsága, rugalmassági modulusa, és mérete annak érdekében, hogy a belső feszültségeknek legyen idejük eloszlani, és egymást kiegyensúlyozni.
Két szabály figyelhető meg:

  • A csúcshoz tartozó frekvencia alatti értéken indukált vibrációs energia szétoszlik a fémben. Ez a megfelelő energia a legjobb eredmény elérésére. (A csúcshoz tartozó amplitúdón történő vibráció plastikus deformációt és kifáradást okoz)
  • Az ábrán az egyenes vonal (E) mutatja a folyamatosan növekvő vibrációs frekvenciához tartozó vibrációs energia kimenetét. A görbe vonal (A) képviseli az azonos frekvencián rezgő fém alkatrész amplitúdó profilját. Meg kell jegyezni, hogy a fém alkatrész eredendően ellenáll az energiának. Mígnem egy bizonyos frekvencián az energia meghaladja a fém ellenállását és az amplitúdó hirtelen megnövekszik, vagy felugrik, miközben kialakul a rezonancia feltétele. Az energia kimenet és az elvégzett munka (amplitúdó) közötti legnagyobb különbség az a frekvencia, ami éppen a rezonancia frekvencia előtt van. (X) Ez a frekvencia fogja meghatározni az időtartamot.
  • Ez a szabály az alkalmazandó legmegfelelőbb kondicionálási idő meghatározására lett kifejlesztve. Az előírt kondicionálási időtartam az az idő, ami szükséges ahhoz, hogy a rezonancia csúcs elmozduljon és az új helyen stabilizálódjon. Az alap képlet: Frekvencia = (támogató rendszer x szilárdság x rugalmasság) / ([Rezgetett súly + excentrikus súly / Vibrátor helye] x hosszúság)

Amennyiben a rezonancia frekvencia változik a vibráció időtartama után, az egyetlen érték, ami változhatott a képletben, az a rugalmasság, ami annyit jelent, hogy a maradó feszültség lecsökkent.

Az ábrán az egyenes vonal (E) mutatja a folyamatosan növekvő vibrációs frekvenciához tartozó vibrációs energia kimenetét. A görbe vonal (A) képviseli az azonos frekvencián rezgő fém alkatrész amplitúdó profilját. Meg kell jegyezni, hogy a fém alkatrész eredendően ellenáll az energiának. Mígnem egy bizonyos frekvencián az energia meghaladja a fém ellenállását és az amplitúdó hirtelen megnövekszik, vagy felugrik, miközben kialakul a rezonancia feltétele. Az energia kimenet és az elvégzett munka (amplitúdó) közötti legnagyobb különbség az a frekvencia, ami éppen a rezonancia frekvencia előtt van. (X)

AZ EREDMÉNYEK ÖSSZEFOGLALÁSA

Ha megfelelően került alkalmazásra az itt körvonalazott eljárás, a Meta-Lax kezelés drámaian lecsökkentheti, vagy akár meg is szüntetheti a maradó feszültségeket. Ezek az eredmények csak néhányak azok közül, amelyekről beszámoltunk:

  • 95%-kal kisebb vetemedés, torzulás a gépi megmunkáláskor
  • 98%-kal kisebb vetemedés, torzulás hosszú távon
  • Hosszú távon kevesebb repedés, aminek eredményeként az élettartamot 300%-kal megnövekszik.

Újranyomtatva a Heat Treat Progress Magazin 2004. Január/Februári számából

Meta-Lax feszültség-mentesítő és hegesztés kondicionáló eljárás

Rimár Miklós

A Meta-Lax egy szabadalmazott, csendes, vibrációs feszültség mentesítő eljárás, amely a fém alkatrészek megmunkálása során keletkező, nem kívánatos termikus feszültségek semlegesítésére szolgál. A folyamat egy alaposan kidolgozott, nem destrugtív, alacsony frekvencián működő, vibrációs eljárás.

Bemutatás

  Fémek megmunkálása, fém alkatrészek és fémszerkezetek gyártása, során olyan - magas hőmérséklettel járó - technológiákat használnak, mint a gépi megmunkálások, hegesztések. Ennek során gyakran alakulnak ki termikus feszültségek az anyagban, amelyek vetemedésekben, torzulásokban és a hegesztési varratban terjedő repedések formájában nyilvánulnak meg és okoznak nemkívánatos tulajdonság változásokat.
Mindezek csökkentésére - hagyományosan - a hőkezeléses feszültség mentesítést használják.
A hőkezelésre fordított teljesítmények, a munkaerő, a szállítás, mind hozzájárulnak a magas előállítási költségekhez, és az energia veszteségekhez.

A koncepció leírása

  Valamennyi fém rendelkezik rezonáns és nem rezonáns tulajdonságokkal. A rezgések a rezonancia előtt 0 amplitúdót mutatnak. Rezonancia akkor keletkezik, ha a vibrációval gerjesztett komponens nem képes elnyelni a külső forrásból származó energiát és válaszul egy belső mechanikai elmozdulás történik, amint ezt a harang alakú görbe (rezonancia görbe) is mutatja. A rezonancia amplitúdó egy maximális szintet jelez, amely rezonancia csúcs jellemző minden fém komponensre.
A felső görbe a rezonancia görbe. A hiszterézis (feszültség-elmozdulás) görbe által bezárt terület az elnyelt vibrációs energia mértékét reprezentálja. Az alsó görbe az energia elnyelődés mértékét mutatja a bevitt vibrációs energia frekvenciájának függvényében.


1. sz. ábra

  Az 1. sz. ábrán bemutatott 3 hiszterézis görbe közül az első egy tipikus görbe arra az esetre, ha a fém szinuszoidális (vibrációs) erőhatásnak lett kitéve a rezonancia zóna alatti tartományban. A görbék által bezárt terület a fém által elnyelt energia mennyiségét reprezentálja. Ahogy a rezgés frekvenciája növekszik, úgy növekszik a görbék által bezárt terület nagysága is egészen a rezonancia zónáig. A rezonancia görbe emelkedésének kezdetén a feszültség csökkenés képessége és mértéke a legnagyobb. A rezonancia csúcshoz közeledve a hiszterézis görbe formája alapjaiban megváltozik, ami a fém komponens aránytalanul nagy belső amplitúdó növekedésének eredménye. A rezonancia csúcshoz tartozó frekvencián a fém elveszti azon képességét, hogy elnyelje a külső forrásból bevitt energiát és egy erőteljes, belső mechanikai elmozdulással válaszol.
A rezonancia csúcsnál a fém alapjaiban megrázkódik és az energia elnyelődés (a feszültség csökkenési potenciál) a zéróhoz közelít. Richard Skinner a Lockheed Missiles and Aerospace-től 1987-ben megjelentetett beszámolójában matematikai úton meghatározta, hogy a vibrációs feszültség csökkentés számára a sub-rezonáns (sub-harmonikus) zóna az optimális [1].
Minden fém komponens rendelkezik egy természetes rezonancia frekvenciával. Abban az esetben azonban, ha a fémben termikus feszültségek alakultak ki, a jellemző rezonancia frekvencia egy természetellenes tartományban jelentkezik. Sub-rezonáns frekvencia alkalmazása esetén a komponens, az indukált energiát a termikus feszültségek átrendezésére fordítja, azaz semlegesíti a nem kívánt feszültség-hatásokat. Miközben ez bekövetkezik, a rezonancia görbe áthelyeződik az anyagra jellemző természetes rezonancia frekvencia zónába. Az alkalmazott frekvencia mértéke és az alkalmazás időtartama előre meghatározható minden fém komponens számára.
A BONAL-tól függetlenül, 1987 februárjában a University of California-Berkeley kutató csoportja, T. E. Wong és George C. Johnson részvételével, az alábbi következtetésre jutott:
"Annak felismerése, hogy a maradó feszültség következtében, a természetes frekvencia zóna áthelyeződik, lehetséges módszert kínál arra, hogy ellenőrizhető legyen a feszültség-mentesítési eljárás eredményessége." [2]
Ebből az állításból alapvetően két következtetés vonható le:
Először: maradó feszültség következtében a fém alkatrészek természetes rezonancia frekvenciája elmozdul.
Másodszor: ez az elmozdulás, mintegy döntő jellegzetesség, alkalmazható a feszültség-mentesítési eljárás eredményességének értékelésére.
A Meta-Lax alacsony frekvenciás vibrációs energiát használ, ami a belülről indukált molekuláris mozgások eredményeként vezet a feszültség megszüntetéséhez.
A berendezés egy elektromos energia indukciós egységből, egy, a célra tervezett, és szabadalmaztatott ellenőrző "transzduszer"-ből és egy elektronikus vezérlő egységből áll, amely kijelzi és ellenőrzi a bejövő frekvencia jeleket.
A rendszer meghatározza a munkadarab természetes rezonancia frekvenciáját, majd ennél egy alacsonyabb frekvenciát indukálva éri el a kívánt feszültség-mentesítést.
Amikor a Meta-Lax berendezés kezelője ellenőrző méréseket végez, és azt tapasztalja, hogy a rezonancia görbe frekvenciája ismételten ugyanazon a helyen jelentkezik, tudja, hogy a munkadarab feszültség-mentesítése megtörtént. Ez a folyamat alapvető fontosságú a megbízható feszültség-mentesítés elvégzéséhez (2. sz. ábra).


2. sz. ábra Kezelési görbék

Fekete görbe: első bemérés
Piros görbe: kezelés utáni bemérés
Kék görbe: ellenőrző (második) kezelés utáni bemérés. A görbe rezonancia frekvencia pozíciója nem változott.
Az eljárás alkalmazható a fémek közvetlen megmunkálása, vagy hegesztése során is. Ezt hegesztés-kondicionálásnak nevezzük.
A hegesztés-kondicionálás alkalmazása esetén a termikus feszültségek közvetlenül a varrat megszilárdulásával egyidejűleg szűnnek meg. Ez az eljárás a hegesztés során keletkező vetemedéseket és repedéseket a minimálisra csökkenti, vagy teljesen megszünteti.

  A készülék CE minősítéssel rendelkezik.

Gazdasági és piaci lehetőségek

  A Meta-Lax eljárás gépipari eredményei messzemenően teljesítik a minőség biztosítás, az energiatakarékosság, és a költség takarékosság elvárásait. Miután a folyamat nem használ hőt, nem jelentkeznek a hőkezelés mellékhatásai, mint a felület revésedése, lágyulás, vetemedés és a mechanikai tulajdonságok degradálódása (csökkenése).
Az eljárás a fémek széles körében alkalmazható, beleértve az alacsony és közepes szén tartalmú acélokat, a szerszám acélokat, az alumíniumot, a rozsdamentes acélt, és az öntvényeket. Alkalmazható továbbá a nemesfémek, úgymint az arany, a titán, vagy a magnézium, Inconel, Monel, bronz, Waspalloy, Hastelloy, és Stellit megmunkálása során.
A Meta-Lax alkalmazható a megmunkálási és gyártási műveletek egész spektrumán, beleértve a hegesztést, öntést, kovácsolást és más gyártási és edzési eljárásokat.
  A folyamat a hagyományos feszültség-mentesítéssel összehasonlítva a következő előnyöket - mint minőségi feszültség mentesítés - kínálja:

  • Nincs vetemedés a kezelés során,
  • 90%-kal kevesebb eljárási költség,
  • 98%-kal kevesebb időráfordítás,
  • 41%-kal kevesebb gépidő,
  • 200% kifáradásos életciklus növekedés,
  • 84%-kal kisebb torzulások,
  • 95%-kal kevesebb repedés,
  • 66%-kal alacsonyabb előmelegítés,
  • alacsonyabb hegesztési porozitás,
  • nincs méret- és súly korlát.

  Az eljárás különösen hasznos a fémöntésben, mint a használatba vétel előtti, új öntőformák feszültég mentes minőségének ellenőrzésére, a formák rendszeres, időszakonkénti feszültség mentesítésére, továbbá a javító-hegesztések feszültségének megszüntetésére.

Jelenlegi állapot

  A BONAL Technologies 20 évvel ezelőtt mutatta be a Meta-Lax készüléket az ipar számos területén, alkalmazva azt meleghengerelt acélok, alumínium, öntött vas termékek esetében; öntő szerszámok feszültség-mentesítése, és folyamatos hegesztés során.
A készülékek számos modellje, az automatától a hordozható típusig, áll rendelkezésre.
A Meta-Lax alkalmazható a fémmegmunkáló és gyártó-ipar különböző területein. Az eljárás egyértelmű energia-megtakarítást eredményez, és potenciális lehetőséget teremt a termelékenység növelésére a fémmegmunkálás és szerelés folyamataiban.
Képviselet, szolgáltatás, bemutató, beszerzési lehetőség
A BONAL TECNOLOGIES Inc. által szabadalmaztatott és gyártott Meta-Lax vibrációs feszültség mentesítési tecnológia és berendezés kizárólagos kelet európai képviselője a budapesti székhelyű AURIA M Kereskedelmi Kft.

  A társaság a saját tulajdonában álló készülékkel a helyszínen is vállalja

  • Fémek, fém alkatrészek megmunkálási folyamatok előtti és utáni feszültség-mentesítését, külön-külön, vagy agyszerre több alkatrészt összevonva,
  • Fém formázó szerszámok rendszeres, időszakonkénti garantált feszültségmentesítését, maximum 18 t súlyhatárig,
  • Hegesztés-kondicionálást a hegesztés folyamata során, vagy
  • Feszültség-mentesítést a hegesztés után.

 
A feszültségmentesítési folyamat időtartama anyagtól, mérettől és súlytól függően 30-60 perc. A kezelés eredményes elvégzését a készülék grafikus ábrával igazolja
A társaság bemutatókon ismerteti a készülék elvi és gyakorlati működését, alkalmazásának igazolható előnyeit.
Az AURIA M Kft. a készülék beszerzésének támogatása mellett elvégzi a kezelés oktatását, szervezi rendszeres karbantartását, javítását.
A berendezés ismertetését a www.meta-lax.com honlapon tekinthetik meg. A gyártó cég a www.bonal.com honlapon mutatkozik be.
Az AURIA M Kft. elérhetősége:
Székhely címe: 1224. Budapest, XII. utca 66.
Telefon: 362-54-91

Fax: 362-64-81

e-mail: auria@auria.axelero.net

IRODALOM

  • Richard Skinner, PE: An Investigation into theTheory Behind Sub-resonant Stress Relief, 1987, p10
  • T.E. Wong&G.C. Johnson: Ultrasonic Evaluation of the Nonlinearity of Metals from a Design Perspective, 1987, p15
  • SEMA, Meta-Lax Sterss Relief Process, Tech Brief - DE - AC0191CE10566, U.S. Dept. Of Energy, March 1995.
  • Lawrence Van Vlack: Elements of materials Science, 2nd Edition, Addison-Wesley, 1967, p407

Summary
Stress relief is important to moulds and dies to assure consistent quality of performance as evidenced by machine distortion control, long-term shape stabilization, and reducing premature cracking in service. The sub-harmonic vibration process has been verified academically as well as proven in field applications as an effective stress relief alternative to other methods including the heat treat stress relief process. This process is an advancement over former vibration stress relief techniques. In addition, the sub-harmonic process can be used during welding to reduce distortion from welding and cracking.
Lásd még: www.meta-lax.com