Metallentspannen mit Vibration. MEMV Vibrationsentspannen

Sven, Iris & Hans-Peter Widmer  04.04.2014

Foto: 2.4.2014 Switzerland

Wiap Manual Protokoll

Metall entspannen mit Vibration MEMV 2014 Vibrationsentspannen

Wir haben in den Bauteilen, vor allem bei Schweisskonstruktionen, grosse Zug-, Druck, Biege und Torsion Kräfte, speziell in den Übergangszonen der Schweissnähte. Geschweisste Bauteile, welche mit hohen, gemäss Literatur teilweise bis 3000 Grad Temperaturen in diversen Schweissnaht  Zonen glühend waren und dann abkühlen. Einerseits wird gedrückt, dann im Gegenzug, zieht, biegt, dreht es. Das heisst, der ganze Abkühlprozess erwirkt in bestimmten Zonen den Stahl in mehreren Achsrichtungen zu bewegen?

Mit der Vibrationsentspannung im abgekühlten oder noch warmen Zustand. Wenn gleichmässig das ganze Bauteil kontrolliert auf guten Gummi-unterlagen steht und der Vibrator perfekt mit grosser Kraft am Bauteil befestigt ist, dass Bauteil in Bewegung bringt, dann verteilt sich die unterschiedliche Spannung auch ausgeglichen um die spanungsbelastete Zone herum. Die Fließgrenze ist der Sammelbegriff für diejenige Spannung, ab der eine plastische (bleibende) Verformung einsetzt. Handelt es sich um eine Zugbeanspruchung, so spricht man von Streckgrenze, eine Druck-beanspruchung, so sprach man früher von Quetschgrenze, Biegung, so spricht man von Biegegrenze, Verdrehung so spricht man von Torsions-grenze.

Diese Zonen, welche im abgekühlten Zustand in der grenz Nähe der Druck- oder der Zugbelastung sind, einfach kurz mittels der Vibration überschreiten die 0,1-Dehngrenze. D. h. die durch mikroskopische Eigenspannungen in Nähe der zyklischen 0,1-Dehngrenze müssen mindestens erreicht werden und die makroskopischen (und mikroskopischen) Eigenspannungen werden wirksam abgebaut.

Der einfachste Weg das zu erkennen ist: Die Eigenresonanz wandert automatisch in einen anderen Drehzahlbereich, das heisst in einen tieferen oder höheren Bereich. Es kann sein, dass die Hertz/Drehzahl nachreguliert werden muss, wenn während dem Prozess knapp unter der Eigenresonanz  entspannt wird. Bei Bauteilen ohne Spannungen wandert dieser Punkt nicht. Mit Spannungen ist das Wandern in den ersten 10 Minuten am stärksten. Auch die Ampere wandern. Zu Beginn bei einem verspannten Bauteil benötigt der Vibrator Motor mehr Ampere. D.h. die Ampere reduzieren sich immer in etwa um 10 bis 17 %. Die Beschleunigung Messsonde, welche die G misst (1 g = 9,81 m/s2). Hinweis: Die Wiap Metallentspannungsanlage hat eine vorgespannte Welle, ähnlich wie eine Werkzeugmaschinenspindel.

Viele Zonen eines Bauteils bestehend einer Schweisskonstruktion haben in allen Umgebungen der Schweissnähte Stellen, die durch die Spannungen des Schweissens unter der Dehngrenze liegen. Mit der gleichmässigen  Vibration werden diese vielen Stellen der Schweisskonstruktion, welche an die 0.1 % Dehngrenze angrenzen, vor der Vibration überschritten und dadurch wird verhindert, dass ein Werkstück später durch den Transport oder die mechanischen Bearbeitung masslich wegwandert. Diese Massnahme reicht mehrheitlich. Spannungsarm Glühen kann erspart bleiben, wenn der Zweck der Entspannung des Bauteils nur Verzugs Verhinderung ist. 

So sehen wir die Erklärung, warum das Vibrationsentspannen ein Nutzen hat. Und warum Kunden sagen es geht, obwohl sie nicht wissen, warum!

Es wurde versucht, Schweissnähte zu messen mit diversen Messmethoden. Es wurde geprüft, ob sich diese veränderten, Härteprüfungen usw. Es sind nicht nur die Schweissnähte, sondern die Übergänge zwischen der Schweissnaht und dem Bauteil. Diese Zonen werden mit der Vibration angeregt.

Eine Schweisskonstruktion hat Zonen, die unterschiedlich sind. Die unterschiedliche partielle Wärme kann vieles anrichten.

Was geschieht, wenn X1 / X4 aufwärmt und die Wärmeleitung wegfliesst, wenn X2 unterschiedlich ist? Was passiert, wenn sich X5 zusammenzieht? Welchen Einfuss hat das auf X6? Das Vibrationsentspannen löst das Problem in den Randzonen ausserhalb der Schweissnaht. Auch die Zonen in der Schweissnaht, welche während dem Abkühlprozess entfernungsabhhänig unterschiedlich abkühlt, somit auch unterschiedlich reagiert. Viele dieser Zonen liegen minimal unter der 0.1 % zyklischen Dehngrenze vor dem Metallentspannen mit Vibration.

Eine Kaltwalzhaut hat eine sehr zähe Festigkeit, die wir mit Vibration nicht weg bewegen können, warum? (Wir haben nicht untersucht, ob es andere Erfahrungen gibt in der Sache, evtl. machten wir etwas falsch). Die Kaltwalzhaut wird durch das Rekristallisationsglühen beseitigt/behandelt, ohne jedoch eine α-γ-Umwandlung des Kristallgitters zu verursachen. Bei einem Verformungsgrad von 5 - 15 % (kritischer Verformungsgrad) entsteht wegen der geringen Keimzahl ein Grobkorn. Hier wird eher ein Normalglühen des Bauteils empfohlen. Beträgt der Verformungsgrad mehr als 20 %, so entsteht das gewünschte Feinkorn. Das Rekristallisationsglühen dient der Feinkörnung deutlich über dem kritischen Umformgrad kaltverformter Teile und erfolgt knapp unter der A1-Temperatur:

• bei dünnen Teilen um 700 °C (aber unter A1) für ca. 10 Minuten

• bei dickeren Teilen bei 600 - 650 °C über eine Stunde.

Hohe Temperaturen sind dann gefährlich, wenn Verformungsgrade um den kritischen Verformungsgrad vorliegen, da hierbei durch Sekundär-rekristallisation schnelles Kornwachstum eintreten kann. Hier beim kaltgezogenen Material hatten wir kein Erfolg, mit dem Vibrations entspannen.

Das Vibrationsentspannen übernimmt eine Nebenaufgabe des Spannungsarmglühen, denn das Spannungsarmglühen erfolgt mit dem Zweck im Bauteil innere Spannungen abzubauen. Es wird bei Stahl meist in einem Temperaturbereich von 450 bis 650 °C durchgeführt, wobei der Werkstoff den Spannungen entsprechend plastisch zu fließen beginnt.

Das Vibrationsentspannen gleicht die Stellen der Zug und druckbelasteten Zonen so aus, dass durch die Vibration die Zug und Druckgrenze bei einem überschreiten der 0.1 % zyklischen Dehngrenze die Spannungen im Bauteil   an den von der Vibration genügend erreichten Zonen reduziert resp. entfernt wird. In den Zonen, wo die Dehngrenze schon angetastet ist. Diese Vibration Behandlung reicht bei vielen Anwendungen aus. Denn es wird erwünscht, dass sich ein Bauteil nach der Bearbeitung nicht mehr verwirft oder bei einem Transport nicht wegwandert.