¿Qué es el alivio de tensiones por vibración?
El término Vibration-Stress-Relief (VSR) identifica un método metalofísico de estabilización dimensional de un componente o estructura metálica mediante vibraciones forzadas.
Utilizado desde los años 60 en Estados Unidos, el método de alivio de tensiones mediante vibraciones forzadas consiste en hacer vibrar la pieza que se desea estabilizar durante un período de tiempo determinado y a determinadas frecuencias de resonancia, mediante un motovibrador con masas excéntricas variables.
¿Para qué sirve el alivio de tensiones por vibración?
Para reducir las tensiones residuales que aparecen en cualquier pieza que haya sido sometida a:
- operaciones de mecanizado,
- soldaduras,
- procesos químicos o metalúrgicos.
Los riesgos relacionados con la presencia de tensiones residuales:
- Deformaciones después de operaciones de mecanizado con máquinas herramienta y fresadoras
- Deformaciones retardadas
- Roturas prematuras por fatiga con el paso del tiempo
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¿Qué son las tensiones residuales y qué se entiende por alivio de estas tensiones?
La tensión residual es la tensión interna que permanece en el metal después de una solicitación mecánica o térmica, una vez que se ha eliminado la fuente de dicha solicitación. El origen de las tensiones residuales en el metal puede ser mecánico (cambio forzado de la forma de los granos) o térmico (descenso brusco de temperatura). Las tensiones residuales y, en particular, las tensiones inducidas térmicamente, provocan tres tipos de problemas en el componente metálico:
- deformaciones después de operaciones de mecanizado o rectificado,
- aumento de la corrosión
- fallos prematuros por fatiga.
El alivio de las tensiones residuales neutraliza las tensiones inducidas térmicamente, reduciendo o eliminando así los problemas anteriormente enumerados. No es necesario modificar las propiedades mecánicas del material ni la estructura del grano para conseguir el alivio de las tensiones residuales inducidas térmicamente.
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¿Cuánto dura un ciclo de alivio de tensiones mediante vibraciones mecánicas?
La duración de un ciclo de tratamiento varía entre 25 minutos y 1 hora. Para conseguir el alivio completo de las tensiones de un componente pueden ser necesarios varios ciclos de tratamiento por vibración, dependiendo del peso, las dimensiones y la geometría del propio componente.
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¿Existen limitaciones de peso y dimensiones para el tratamiento de alivio de tensiones por vibración?
No existe ninguna limitación de peso ni de dimensiones en cuanto a los componentes que pueden someterse al tratamiento de alivio de tensiones por vibración. Para componentes muy pequeños y ligeros o para componentes muy pesados será necesario adoptar determinadas medidas técnicas específicas que permitan realizar el tratamiento.
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¿Existen limitaciones relacionadas con el tipo y la naturaleza del componente para determinar la viabilidad del tratamiento de alivio de tensiones por vibración?
El proceso de alivio de tensiones por vibración no es eficaz en componentes en los que predominan las tensiones residuales inducidas mecánicamente (como, por ejemplo, en los productos laminados en frío). No está especialmente indicado para componentes soldados por láser, por haz de electrones o mediante soldadura por puntos.
No es compatible con aplicaciones que requieren la modificación de las propiedades del propio metal.
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¿Qué ocurre en el interior del componente sometido al tratamiento de alivio de tensiones por vibración?
Las vibraciones inducidas excitan el metal, haciendo que oscile a un nivel de energía superior al normal. Cuando esto ocurre, las zonas con una elevada concentración de tensiones utilizan la energía adicional aportada por la vibración para redistribuir las tensiones hacia las zonas donde su concentración es menor. Mediante este equilibrio, se reduce o elimina el estado general de tensión del componente.
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¿Puede realizarse el alivio de tensiones por vibración durante la fase de soldadura? ¿Con qué ventajas?
Sí, el alivio de tensiones por vibración puede utilizarse durante la fase de soldadura con los siguientes beneficios:
- Prevenir el 50÷90 % de las deformaciones habituales debidas a la soldadura
- Prevenir el 50÷90 % de las roturas debidas a la soldadura
- Aumentar la velocidad de soldadura
- Reducir el precalentamiento del componente
- Reducir la porosidad de la soldadura
Nota: en este caso, las vibraciones son tan suaves que no molestan en absoluto al operario durante la fase de soldadura.
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