Was ist Vibrationsentspannung?
Der Begriff Vibration-Stress-Relief (VSR) bezeichnet ein metallphysikalisches Verfahren zur Maßstabilisierung eines metallischen Bauteils oder einer Metallkonstruktion durch erzwungene Schwingungen.
Das Verfahren zum Spannungsabbau durch erzwungene Schwingungen wird in den USA bereits seit den 1960er-Jahren eingesetzt. Dabei wird das zu stabilisierende Werkstück mithilfe eines Vibrationsmotors mit verstellbaren Exzentermassen über einen bestimmten Zeitraum und bei bestimmten Resonanzfrequenzen in Schwingung versetzt.
Wozu dient die Vibrationsentspannung?
Zur Reduzierung von Eigenspannungen, die in jedem Werkstück entstehen können, das folgenden Prozessen unterzogen wurde:
- mechanischen Bearbeitungen,
- Schweißarbeiten,
- chemischen oder metallurgischen Prozessen.
Die mit dem Vorhandensein von Eigenspannungen verbundenen Risiken:
- Verzug nach der Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen und Fräsmaschinen
- Zeitverzögert auftretende Verformungen
- Vorzeitige Ermüdungsbrüche im Laufe der Zeit
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Was sind Eigenspannungen und was versteht man unter dem Abbau dieser Spannungen?
Eigenspannungen sind innere Spannungen, die nach einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung im Metall verbleiben, nachdem die Ursache dieser Beanspruchung beseitigt wurde. Die Ursache von Eigenspannungen im Metall kann mechanischer Natur (erzwungene Veränderung der Kornform) oder thermischer Natur (plötzlicher Temperaturabfall) sein. Eigenspannungen und insbesondere thermisch induzierte Spannungen verursachen drei Arten von Problemen am metallischen Bauteil:
- Verzug infolge von Bearbeitungs- oder Schleifvorgängen,
- erhöhte Korrosion
- vorzeitiges Versagen durch Ermüdung.
Der Abbau von Eigenspannungen neutralisiert die thermisch induzierten Spannungen und reduziert oder beseitigt dadurch die zuvor aufgeführten Probleme. Es ist nicht erforderlich, die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs oder das Korngefüge zu verändern, um einen Abbau der thermisch induzierten Eigenspannungen zu erreichen.
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Wie lange dauert ein einzelner Spannungsabbauzyklus durch mechanische Schwingungen?
Die Dauer eines einzelnen Behandlungszyklus beträgt zwischen 25 Minuten und 1 Stunde. Für den vollständigen Spannungsabbau in einem Bauteil können mehrere Vibrationsentspannungszyklen erforderlich sein, abhängig von Gewicht, Abmessungen und Geometrie des jeweiligen Bauteils.
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Gibt es Gewichts- und Größenbeschränkungen für die Vibrationsentspannungsbehandlung?
Es gibt keine Gewichts- oder Größenbeschränkungen hinsichtlich der Bauteile, die einer Vibrationsentspannungsbehandlung unterzogen werden können. Bei sehr kleinen und leichten oder besonders schweren Bauteilen müssen bestimmte technische Vorkehrungen getroffen werden, um die Durchführung der Behandlung zu ermöglichen.
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Gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Art und Beschaffenheit des Bauteils, die die Durchführbarkeit einer Vibrationsentspannungsbehandlung beeinflussen?
Das Vibrationsentspannungsverfahren ist bei Bauteilen, in denen mechanisch induzierte Eigenspannungen vorherrschen (beispielsweise bei kaltgewalzten Produkten), nicht wirksam. Es ist für laser-, elektronenstrahl- oder punktgeschweißte Bauteile nicht besonders geeignet.
Es ist nicht mit Anwendungen vereinbar, bei denen eine Veränderung der Eigenschaften des Metalls selbst erforderlich ist.
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Was geschieht im Inneren eines Bauteils, das einer Vibrationsentspannungsbehandlung unterzogen wird?
Die erzeugten Schwingungen regen das Metall an und versetzen es in einen Schwingungszustand mit einem höheren Energieniveau als gewöhnlich. Wenn dies geschieht, nutzen die Bereiche mit hoher Spannungskonzentration die durch die Vibration zusätzlich eingebrachte Energie, um die Spannungen auf Bereiche mit geringerer Spannungskonzentration umzuverteilen. Durch diesen Ausgleich wird der gesamte Spannungszustand im Bauteil reduziert oder beseitigt.
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Kann die Vibrationsentspannung während des Schweißvorgangs durchgeführt werden? Welche Vorteile bietet sie?
Ja, die Vibrationsentspannung kann während des Schweißvorgangs eingesetzt werden und bietet folgende Vorteile:
- Vermeidung von 50÷90 % der normalerweise durch das Schweißen verursachten Verformungen
- Vermeidung von 50÷90 % der durch das Schweißen verursachten Risse und Brüche
- Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit
- Reduzierung der Vorwärmung des Bauteils
- Verringerung der Porosität der Schweißnaht
Hinweis: Die Schwingungen sind in diesem Fall so sanft, dass sie den Bediener während des Schweißvorgangs in keiner Weise beeinträchtigen.
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