Qu'est-ce que le détensionnement par vibrations ?
Le terme Vibration-Stress-Relief (VSR) désigne une méthode métallophysique de stabilisation dimensionnelle d'un composant ou d'une structure métallique au moyen de vibrations forcées.
Utilisée depuis les années 1960 aux États-Unis, la méthode de détensionnement par vibrations forcées consiste à faire vibrer la pièce à stabiliser pendant une période déterminée et à des fréquences de résonance spécifiques, grâce à un motovibrateur équipé de masses excentriques variables.
À quoi sert le détensionnement par vibrations ?
À réduire les contraintes résiduelles qui apparaissent dans toute pièce ayant subi :
- des opérations d'usinage,
- des opérations de soudage,
- des procédés chimiques ou métallurgiques.
Les risques liés à la présence de contraintes résiduelles :
- Déformations à la suite d'opérations d'usinage sur machine-outil et fraiseuse
- Déformations différées
- Ruptures prématurées par fatigue au fil du temps
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Que sont les contraintes résiduelles et qu'entend-on par leur relaxation ?
La contrainte résiduelle est la contrainte interne qui demeure dans le métal après une sollicitation mécanique ou thermique, une fois que la source de cette sollicitation a été supprimée. La source des contraintes résiduelles dans le métal peut être mécanique (modification forcée de la forme des grains) ou thermique (chute brutale de température). Les contraintes résiduelles et, en particulier, les contraintes induites thermiquement provoquent trois types de problèmes dans le composant métallique :
- des déformations à la suite d'opérations d'usinage ou de rectification,
- une augmentation de la corrosion
- des défaillances prématurées dues à la fatigue.
La relaxation des contraintes résiduelles neutralise les contraintes induites thermiquement, réduisant ou éliminant ainsi les problèmes énumérés précédemment. Il n'est pas nécessaire de modifier les propriétés mécaniques du matériau ni la structure des grains pour obtenir la relaxation des contraintes résiduelles induites thermiquement.
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Quelle est la durée d'un cycle de détensionnement par vibrations mécaniques ?
La durée d'un cycle de traitement varie de 25 minutes à 1 heure. Plusieurs cycles de détensionnement par vibrations peuvent être nécessaires pour obtenir la relaxation complète des contraintes d'un composant, en fonction de son poids, de ses dimensions et de sa géométrie.
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Existe-t-il des limitations de poids et de dimensions pour le traitement de détensionnement par vibrations ?
Il n'existe aucune limitation de poids ou de dimensions concernant les composants pouvant être soumis au détensionnement par vibrations. Pour les composants très petits et légers ou, au contraire, très lourds, certaines dispositions techniques spécifiques devront être prévues afin de rendre le traitement réalisable.
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Existe-t-il des limitations liées au type et à la nature du composant concernant la faisabilité du traitement de détensionnement par vibrations ?
Le procédé de détensionnement par vibrations n'est pas efficace sur les composants dans lesquels prédominent les contraintes résiduelles induites mécaniquement (comme, par exemple, les produits laminés à froid). Il n'est pas particulièrement indiqué pour les composants soudés au laser, par faisceau d'électrons ou par points.
Il n'est pas compatible avec les applications nécessitant une modification des propriétés du métal lui-même.
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Que se passe-t-il à l'intérieur du composant soumis au détensionnement par vibrations ?
Les vibrations induites excitent le métal et le font osciller à un niveau d'énergie supérieur à la normale. Lorsque cela se produit, les zones présentant une forte concentration de contraintes utilisent l'énergie supplémentaire apportée par les vibrations pour redistribuer les contraintes vers les zones où leur concentration est plus faible. Cet équilibrage permet de réduire ou d'éliminer l'état global de contrainte dans le composant.
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Le détensionnement par vibrations peut-il être effectué pendant le soudage ? Avec quels avantages ?
Oui, le détensionnement par vibrations peut être utilisé pendant le soudage, avec les avantages suivants :
- Prévenir 50÷90 % des déformations habituellement dues au soudage
- Prévenir 50÷90 % des ruptures dues au soudage
- Augmenter la vitesse de soudage
- Réduire le préchauffage du composant
- Réduire la porosité des soudures
Remarque : dans ce cas, les vibrations sont si douces qu'elles ne gênent absolument pas l'opérateur pendant le soudage.
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