در فرایندهای ساخت و تولید قطعات فلزی، عواملی مانند جوشکاری، ماشینکاری، ریختهگری و تغییرات حرارتی باعث ایجاد تنشهای پسماند درون ماده میشوند. این تنشها اگر کنترل یا حذف نشوند، میتوانند موجب تغییر شکل، ترکخوردگی، کاهش عمر خستگی و حتی شکست ناگهانی قطعه شوند. به همین دلیل، انجام عملیات تنش زدایی ارتعاشی به عنوان یکی از روشهای مؤثر و اقتصادی حذف تنشهای پسماند، جایگاهی ویژه در صنایع فلزی پیدا کرده است. در این نوشتار، اهمیت این فرآیند و سایر روشهای رایج تنشزدایی در صنعت فلز مورد بررسی قرار میگیرد.
چرا تنشزدایی در صنایع فلزی اهمیت دارد؟
در فرآیندهای ساخت و تولید، استفاده از روشهای مختلف تنشزدایی در صنعت یکی از مراحل کلیدی برای افزایش کیفیت و دوام قطعات فلزی به شمار میرود. تنشزدایی نه تنها یک هزینه اضافی نیست، بلکه نوعی سرمایهگذاری هوشمندانه است که موجب تبدیل یک قطعه از حالت «ناپایدار و پرتنش» به وضعیت «پایدار، قابل اعتماد و بادوام» میشود.
درک اهمیت و اجرای صحیح روشهای مختلف تنشزدایی در صنعت تفاوت میان یک محصول باکیفیت و ایمن با محصولی مستعد شکست را مشخص میکند. به همین دلیل، این فرآیند به عنوان سنگبنای کیفیت و قابلیت اطمینان در صنایع فلزی شناخته میشود.
اهمیت تنشزدایی در صنایع فلزی را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:
-
پیشگیری از شکست ناگهانی و افزایش ایمنی در قطعات حساس صنعتی
-
افزایش چشمگیر عمر خستگی در قطعاتی مانند شفتها و چرخدندهها
-
جلوگیری از تغییر شکل و حفظ دقت ابعادی پس از جوشکاری یا ماشینکاری
-
کاهش حساسیت به ترکخوردگی ناشی از تنشهای پسماند
-
بهبود یکنواختی ساختاری و کیفیت نهایی محصول
-
صرفهجویی اقتصادی کلان از طریق کاهش ضایعات، خرابیها و توقف تولید
پیشگیری از شکست ناگهانی و افزایش ایمنی
تنشهای پسماند کششی میتوانند با تنشهای کاری جمع شده و باعث شکست فاجعهبار قطعات تحت بار شوند.این امر به ویژه در صنایع حساس مانند هواپیماسازی، پتروشیمی و نیروگاهها که شکست قطعه میتواند منجر به خسارات جانی و مالی شدید شود، از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال شفت اصلی در توربین یا مخزن ممکن است تحت فشار به دلیل ترکیب تنش کاری و تنش پسماند ترک بر دارد.
افزایش چشمگیر عمر خستگی قطعات
بسیاری از قطعات صنعتی (مانند شفتها، چرخدندهها، فنرها) تحت بارهای متغیر و سیکلی کار میکنند. تنشهای پسماند کششی، دامنه تنش مؤثر را افزایش داده و باعث میشوند ترکهای خستگی بسیار زودتر تشکیل و رشد کنند. تنش زدایی با حذف این تنشها، عمر مفید قطعه را به طور قابل توجهی افزایش میدهد.
جلوگیری از تغییر شکل و حفظ دقت ابعادی
قطعاتی که تنش پسماند بالایی دارند (مثلاً پس از جوشکاری یا ماشینکاری خشن) پس از عملیات نهایی یا در حین کار ممکن است کج شوند، تاب بردارند یا تغییر شکل دهند. این مسئله برای قطعات با تلرانس دقیق (مانند قالبها، میزهای ماشینابزار، غلتکها) فاجعهبار است و میتواند کل مجموعه را غیرقابل استفاده کند. تنش زدایی، قطعه را از نظر ابعادی پایدار میکند.
کاهش حساسیت به ترکخوردگی ناشی از تنش
ترکیب تنش کششی و یک محیط خورنده میتواند منجر به ترکخوردگی ناگهانی شود. با حذف تنش کششی از طریق تنش زدایی، این خطر به طور radical کاهش مییابد. این موضوع برای تجهیزاتی که در معرض آب دریا، مواد شیمیایی یا دمای بالا هستند (مانند لولههای نفت و گاز و مبدلهای حرارتی) ضروری است.
بهبود کیفیت و یکنواختی محصول نهایی
تنشهای پسماند میتوانند باعث ناهمگنی در خواص مکانیکی در نقاط مختلف یک قطعه شوند. تنش زدایی باعث یکنواختتر شدن ساختار داخلی و در نتیجه، عملکرد قابل پیشبینیتر قطعه میشود.
صرفهجویی اقتصادی کلان
اگرچه فرآیند تنش زدایی یک مرحله اضافه و دارای هزینه است، اما از هزینههای بسیار بالاتر زیر جلوگیری میکند:
- هزینه تعویض قطعات شکسته شده در حین کار.
- هزینه توقف خط تولید به دلیل خرابی equipment.
- هزینه ضایعات قطعاتی که پس از ماشینکاری تغییر شکل میدهند.
- هزینههای ناشی از خسارات و غرامتهای ایمنی.
روشهای متداول تنش زدایی
در جدول(1) لیستی از انواع روش های تنش زدایی دیده می شود. هر کدام از این روشها مزایا و معایب خود را دارد و کاربرد مخصوصی دارد.
اما چهار مورد از مهمترین این روشهای تنش زدایی به شرح زیر است:
- تنش زدایی طبیعی یا Natural Stress Relief (NSR)
- تنش زدایی حرارتی یا Thermal Stress Relief (TSR)
- تنش زدایی اولتراسونیک یا Ultra Sonic
- تنش زدایی ارتعاشی یا Vibratory Stress Relief (VSR)
تنش زدایی طبیعی یا Natural Stress Relief (NSR)
در این روش، قطعه به مدت طولانی، (در حدود یک سال یا کمتر)، در فضای باز میماند؛ تا با نوسان حرارتی ناشی از شبانه روز و فصلها، بهمرور، تنش پسماند کاهش یابد. کاهش تنش ها در این روش همراه با اعوجاج است.
تنش زدایی حرارتی یا Thermal Stress Relief (TSR)
در این روش، قطعه در مدت زمان و دمای مشخصی، در کورهای گرما داده میشود؛ تا با کاهش تنش تسلیم ناشی از دما، در ناحیههای دارای تنش پسماند، تنش از حد تسلیم بگذرد و به حالت پلاستیک برسد و تنش پسماند کاهش یابد.
تنش زدایی اولتراسونیک یا Ultra Sonic
در این روش با اعمال فرکانسهای بالا به ناحیه جوشکاری (گرده جوش) به کمک یک پراب اولتراسونیک، تنشهای پسماند به حالت فشاری در می آیند. این روش موضعی بوده و گرده جوش را دچار تغییر شکل پلاستیک می کند.
تنش زدایی ارتعاشی یا Vibratory Stress Relief (VSR)
در این روش، یک لرزاننده یا شیکر، قطعه را در فرکانسهایی مرتبط با فرکانس طبیعی آن، مرتعش میکند؛ تا با تنشهای اعمالی، در ناحیههای دارای تنش پسماند، تنش قطعه به حد تسلیم نزدیک شده و با ایجاد تغییر شکلهای میکرو پلاستیک تنش پسماند کاهش یابد. در این روش اعوجاج یا تغییر شکل قابل توجهی وجود ندارد.
تنش زدایی حرارتی (SR) چگونه کار میکند؟
این روشها متداولترین و پرکاربردترین تکنیکها هستند که با اعمال حرارت، به ماده اجازه میدهند تا تنشهای داخلی خود را آزاد کند.
روش اول: عملیات حرارتی تنش زدایی (Stress Relieving Heat Treatment): قطعه در کوره تا دمایی زیر دمای تبدیل فاز (برای فولادها معمولاً بین ۵۵۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد) گرم میشود. در این دما، استحکام تسلیم ماده کاهش یافته و phenomenon “خزش” (Creep) رخ میدهد که به ماده اجازه میدهد به آرامی تغییر شکل داده و تنشها را آزاد کند. مراحل این روش عبارتست از:
- گرم کردن آهسته
- نگهداری در دمای مشخص (Soaking)
- سرد کردن آهسته و یکنواخت
یکی از کاربردهای عمومی این روش برای قطعات جوشکاری شده، ریخته گری شده، و پس از ماشینکاری سنگین. برای فولادها، چدنها، آلیاژهای مس و نیکل می باشد
روش دوم: بازپخت کامل (Full Annealing): قطعه تا بالای دمای تبدیل فاز آستنیت (برای فولادها حدود ۸۵۰-۹۰۰ درجه سانتیگراد) گرم شده و سپس به آرامی در داخل کوره سرد میشود. این کار نه تنها تنشها را کاملاً حذف میکند، بلکه ساختار دانهها را نیز نرم و یکنواخت میکند.از این روش برای نرم کردن کامل قطعات سخت شده، بهبود قابلیت ماشینکاری و حذف کامل تمامی تنشهای پسماند استفاده می شود.
روش سوم: نرماله کردن (Normalizing): مشابه بازپخت کامل است، با این تفاوت که قطعه پس از گرم شدن در هوای آرام سرد میشود. سرعت سرد کردن کمی سریعتر است و باعث ریزدانه شدن ساختار میشود.یکی از کاربردهای این روش یکنواخت کردن ساختار فولادها و حذف تنشهای داخلی می باشد.
روشهای مکانیکی (Mechanical Methods)
این روشها با اعشار تغییر شکل پلاستیک کنترلشده، تنشهای پسماند کششی مضر را با تنشهای فشاری مفید جایگزین میکنند.
ساچمهزنی (Shot Peening)
در این روش سطح قطعه با ساچمههای ریز و سخت (فلزی، سرامیکی یا شیشهای) با سرعت بالا برخورد می کند . این برخوردها باعث ایجاد تغییر شکل پلاستیک در لایه سطحی میشوند. ماده در زیر سطح میخواهد به حالت اولیه بازگردد و در نتیجه لایه سطحی را تحت تنش فشاری قرار میدهد. که روشی بسیار عالی برای افزایش مقاومت به خستگی قطعاتی مانند فنرها، شفتها، پرههای توربین و هر قطعهای که تحت بارهای متغیر کار میکند می باشد
غلتکزنی (Roller Burnishing / Low Plasticity Burnishing – LPB)
با استفاده از یک غلتک یا قلم سخت بر روی سطح قطعه فشار اعمال می شود که موجب ایجاد یک تغییر شکل پلاستیک بسیار سطحی و نرم می شود. این کار سطح را صاف و متراکم کرده و تنش فشاری ایجاد میکند.این روش نسبت به ساچمهزنی، سطح صافتر و با کیفیتتری ایجاد میکند و برای سطوح استوانهای مانند شفتها، سوراخها و filletها کاربرد دارد.
ارتعاشی (Vibratory Stress Relieving – VSR)
قطعه بر روی یک میز لرزاننده قرار گرفته و با فرکانس و دامنه مشخصی به ارتعاش درمیآید. این ارتعاشات باعث میشوند تنشهای پسماند درونی از طریق چرخههای تغییر شکل الاستیک کوچک آزاد شوند.از مزیت های این روش مصرف انرژی بسیار پایین، سریع، و قابل انجام در دمای محیط برای قطعات بسیار بزرگ می باشد. این روش برای قطعات جوشکاری شده بزرگ مانند سازهها، شاسی ماشینآلات، و مخازن که قرار دادن آنها در کوره دشوار یا پر هزینه است پرکاربرد می باشد.
بیشتر بخوانید: اثرات منفی تنش پسماند در قطعات صنعتی و راهکارهای کاهش آن
چکشزنی (Peening Hammer)
در این روش از یک چکش بادی (Pneumatic) یا دستی برای ضربهزنی کنترلشده بر روی درز جوش استفاده می شود، این ضربات موضعی باعث ایجاد تغییر شکل پلاستیک و جایگزینی تنش کششی با تنش فشاری میشوند. این روش عمدتاً برای تنش زدایی موضعی درزهای جوش، به ویژه در مواقعی که امکان استفاده از کوره وجود ندارد کاربرد دارد.
به طور کلی، عملیات حرارتی برای حذف کامل و یکنواخت تنشها استاندارد طلایی است، در حالی که روشهای مکانیکی مانند ساچمهزنی برای بهبود خواص سطحی و افزایش عمر قطعات تحت خستگی، انتخابی هوشمندانه هستند.
در میان روشهای مختلف تنش زدایی در صنعت، روش تنش زدایی ارتعاشی (Vibratory Stress Relieving یا VSR) یکی از کارآمدترین و اقتصادیترین شیوههای مکانیکی برای کاهش تنشهای پسماند در قطعات فلزی به شمار میرود. بر خلاف روشهای حرارتی، این تکنیک در دمای اتاق انجام میشود و هیچ تغییری در ساختار متالورژیکی یا خواص مکانیکی قطعه ایجاد نمیکند.
مبنای عملکرد این روش بر پدیدهای به نام تسلیم ارتعاشی (Vibratory Yield) است. در این حالت، با ایجاد ارتعاشات کنترلشده در قطعه، تنشهای موضعی در نواحی دارای تمرکز تنش – مانند نقاط جوش یا اتصالات بحرانی – به طور موقت از حد تسلیم ماده فراتر رفته و موجب تغییر شکل پلاستیک بسیار کوچک و موضعی میشوند. همین تغییر شکلهای میکروسکوپی باعث آزادسازی تدریجی تنشهای پسماند میگردد.
مراحل اجرای فرآیند VSR:
-
نصب قطعه: قطعه روی پایههای لاستیکی نرم قرار میگیرد تا آزادانه ارتعاش کند.
-
اتصال ویبراتور: یک لرزاننده قدرتمند (معمولاً الکترومغناطیسی) به قطعه متصل میشود.
-
یافتن فرکانس رزونانس: اپراتور با تغییر تدریجی فرکانس، نقطهای را مییابد که قطعه بیشترین دامنه ارتعاش را دارد.
-
اعمال ارتعاش: قطعه برای چند دقیقه تا نیم ساعت در همان فرکانس رزونانس مرتعش میشود.
-
تغییر و تکرار: فرکانس کمی تغییر میکند تا تمامی بخشهای قطعه در فرآیند تنش زدایی پوشش داده شوند.
برای درک سادهتر، میتوان قطعهی فلزی را مانند قفسهای پر از کتابهای نامنظم در نظر گرفت. وقتی قفسه را بهآرامی تکان دهیم (ارتعاش)، کتابها کمی جابهجا شده و به حالت پایدارتر میرسند. در نتیجه، تنش داخلی قفسه کاهش مییابد بدون آنکه ساختار کلی آن تغییر کند.
این مثال، بهخوبی نشان میدهد که تنش زدایی ارتعاشی (VSR) چگونه با صرف انرژی کم، در مدت کوتاه و بدون نیاز به حرارت، تنشهای پسماند را کاهش داده و پایداری قطعه را بهبود میبخشد. این ویژگیها سبب شده است تا VSR در میان روشهای مختلف تنش زدایی در صنعت، بهویژه برای سازههای بزرگ و قطعات حساس به حرارت، به عنوان روشی مؤثر و مقرونبهصرفه شناخته شود.
مزایای VSR:
- انرژی بری بسیار پایین: برخلاف کورههای بزرگ حرارتی.
- سریع و قابل حمل: تجهیزات قابل حمل هستند و فرآیند نسبت به تنش زدایی حرارتی سریعتر است.
- بدون تغییر در خواص متالورژیکی: از آنجا که دمای قطعه افزایش نمییابد، رنگ، سختی یا ساختار میکروسکوپی فلز تغییر نمیکند.
- ایدهآل برای قطعات بسیار بزرگ: برای قطعاتی که قرار دادن آنها در کوره غیرممکن یا بسیار پرهزینه است (مانند شاسی کشتی، سازههای پل، بدنه مخازن بزرگ).
معایب و محدودیتهای VSR:
- اثربخشی محدود: این روش معمولاً تنشها را کاهش میدهد، اما مانند روش حرارتی آنها را به طور کامل حذف نمیکند. کاهش تنش در حدود ۶۰ تا ۸۰ درصد متداول است.
- وابستگی به طراحی قطعه: پیدا کردن فرکانسهای رزونانس مؤثر برای قطعات با اشکال بسیار پیچیده ممکن است دشوار باشد.
- ایجاد تنش فشاری مفید نمیکند: برخلاف روشی مانند ساچمهزنی، VSR تنش فشاری مفیدی در سطح ایجاد نمیکند که مقاومت به خستگی را افزایش دهد. هدف آن عمدتاً حذف تنشهای کششی مضر است.
- نیاز به تخصص: تنظیم صحیح پارامترها (فرکانس، دامنه، زمان) نیاز به تجربه دارد.
انتخاب روش مناسب بر اساس نوع قطعه و نیازهای پروژه.
انتخاب روش به عوامل زیر بستگی دارد:
- جنس ماده: فولاد، آلومینیوم، فولاد زنگنزن و…
- ابعاد و شکل قطعه: کوچک، بزرگ، پیچیده.
- منبع تنش: جوشکاری، ماشینکاری، آبدهی.
- ملاحظات اقتصادی: هزینه تجهیزات، انرژی و زمان.
- نیاز نهایی: آیا هدف فقط حذف تنش است یا افزایش عمر خستگی (که در آن ساچمهزنی برتری دارد)؟
چه روشهایی برای چه قطعاتی مناسبترند؟
فلزات نازک
بهترین روش برای فلزات نازک، “عملیات حرارتی تنش زدایی با کنترل دقیق” در یک کوره مناسب است. این روش تنها راه برای تضمین حذف کامل تنشها بدون تغییر شکل است.اگر دسترسی به کوره دقیق ممکن نباشد یا قطعه بسیار بزرگ باشد، “تنشزدایی ارتعاشی (VSR)” گزینه بعدی بسیار خوب و ایمنی است که خطر تغییر شکل در آن حداقل است. همیشه پیش از انتخاب روش، انجام یک آزمون روی یک نمونه مشابه برای اطمینان از نتیجه مطلوب توصیه میشود.
سازههای سنگین
انتخاب بهترین روش تنش زدایی برای سازههای سنگین به عوامل مختلفی بستگی دارد، اما به طور کلی برای این دسته از قطعات، روشهای زیر در اولویت قرار میگیرند. سازههای سنگین مانند شاسی ماشینآلات، بدنه کشتیها، مخازن بزرگ و سازههای فلزی عظیم را در نظر بگیرید.
۱. تنش زدایی حرارتی در کوره (Furnace Stress Relieving)
اگر سازه قابل انتقال به یک کوره بزرگ باشد، این روش معمولاً موثرترین و قابل اطمینانترین گزینه است.
مکانیسم: گرم کردن یکنواخت کل سازه در دمای کنترل شده (معمولاً ۵۵۰-۶۵۰ درجه سانتیگراد برای فولاد) و سپس سرد کردن آهسته.
مزایا:
یکنواختی: کل سازه به طور یکنواخت گرم و سرد میشود که از ایجاد تنشهای جدید جلوگیری میکند.
اثربخشی: تنشهای پسماند را به طور کامل و یکنواخت حذف میکند.
معایب:
هزینه و امکانپذیری: یافتن کوره ای به اندازه یک سازه سنگین (مثلاً ۱۰۰ تنی) بسیار پرهزینه و گاهی غیرممکن است.
مصرف انرژی: انرژی بسیار زیادی مصرف میکند.
۲. تنش زدایی حرارتی با عایق (Insulation Box / Local Heat Treatment)
برای سازههای بسیار بزرگ که انتقال آنها غیرممکن است، این روش رایج است.
مکانیسم: ناحیه مورد نظر (معمولاً درزهای جوش) با استفاده از پتوهای حرارتی (Heating Blankets) یا کویلهای القایی گرم میشود. سپس اطراف آن با عایقهای نسوز پوشانده میشود تا گرما حفظ شده و یک گرادیان دمایی یکنواخت ایجاد شود.
مزایا:
امکان اجرا در محل: بدون نیاز به جابجایی سازه.
کنترل خوب: امکان کنترل دما با ترموکوپل وجود دارد.
معایب:
پیچیدگی: نیاز به برنامهریزی دقیق برای پوشش نواحی بزرگ دارد.
غیریکنواخت: احتمال ایجاد گرادیان دمایی و تنشهای جدید اگر به درستی کنترل نشود.
۳. تنش زدایی ارتعاشی (Vibratory Stress Relieving – VSR)
این روش یک جایگزین مکانیکی و بسیار مقرونبهصرفه برای سازههای غیرقابل جابجایی است.
مکانیسم: اتصال یک ویبراتور به سازه و مرتعش کردن آن در فرکانس رزونانس برای آزادسازی تنشها از طریق تغییر شکل پلاستیک موضعی.
مزایا:
ارزان و سریع: هزینه و انرژی بسیار کمتری نسبت به روش حرارتی مصرف میکند.
قابل اجرا در محل: تجهیزات آن قابل حمل است.
بدون تغییر شکل: چون دمای قطعه بالا نمیرود، خطر تغییر شکل حرارتی وجود ندارد.
معایب:
کاهش تنش (نه حذف کامل): معمولاً ۷۰-۸۰% تنش را کاهش میدهد، در حالی که روش حرارتی تقریباً ۱۰۰% حذف میکند.
وابسته به طراحی: یافتن فرکانسهای مؤثر برای سازههای بسیار پیچیده نیاز به تخصص دارد.
۴. روش القایی (Induction Stress Relieving)
شبیه به روش عایقکاری است، اما از القای الکترومغناطیسی برای گرمایش استفاده میکند. برای خطوط جوش طولانی بسیار مناسب است.
برای اکثر سازههای سنگین متعارف که انتقال آنها به کوره غیرعملی است، روش تنش زدایی ارتعاشی (VSR) به دلیل صرفه اقتصادی، سرعت و کارایی قابل قبول، بهترین انتخاب محسوب میشود. اما برای سازههای بسیار حساس مانند مخازن تحت فشار خاص یا تجهیزات نیروگاهی که استانداردهای سختگیرانهتری دارند، روش حرارتی با عایقکاری در محل گزینه اجباری و مطمئنتری است.
تجهیزات حساس به حرارت
برای تجهیزات حساس به حرارت، بهترین روش تنش زدایی، روشهای غیرحرارتی (دمای اتاق) هستند. زیرا این روشها بدون تغییر در ساختار متالورژیکی، سختگیری یا ابعاد قطعه، تنشها را کاهش میدهند. در ادامه، بهترین گزینهها را به ترتیب اولویت بررسی میکنیم:
۱. ساچمهزنی (Shot Peening) – اگر هدف افزایش عمر خستگی است. این روش اغلب بهترین انتخاب برای قطعات حساس به حرارتی است که تحت بارهای متغیر کار میکنند (مانند پرههای توربین، فنرها، شفتها). تماس سطح قطعه با ساچمههای ریز. این کار باعث ایجاد یک لایه تغییر شکل پلاستیک سطحی میشود که در نتیجه، تنش پسماند فشاری بسیار مفیدی در سطح ایجاد میکند.
مزایا برای تجهیزات حساس:
- بدون اعشار حرارت: تمام فرآیند در دمای اتاق انجام میشود.
- افزایش چشمگیر مقاومت به خستگی: تنش فشاری سطحی ایجاد شده، مانع از شروع و رشد ترکهای خستگی میشود.
- افزایش مقاومت به ترکخوردگی تنشی (SCC).
ملاحظات: این روش معمولاً برای حذف تنشهای داخلی عمقدار (ماکروسکوپی) طراحی نشده است، بلکه برای ایجاد یک حالت سودمند در سطح است. برای قطعات بسیار نازک ممکن است مناسب نباشد.
۲. تنش زدایی ارتعاشی (Vibratory Stress Relieving – VSR) – اگر هدف حذف تنشهای ماکروسکوپی است این روش برای قطعات و تجهیزات کامل بسیار مناسب است. مرتعش کردن قطعه در فرکانس رزونانس آن تا تنشهای داخلی از طریق تغییر شکل پلاستیک موضعی بسیار کوچک آزاد شوند.
مزایا برای تجهیزات حساس:
- کاملاً در دمای اتاق انجام میشود.
- هیچ تأثیری بر ریزساختار، سختی یا ابعاد کلی قطعه نمیگذارد.
- برای قطعات بزرگ و با شکل پیچیده عالی است.
معایب: تنشها را “کاهش” میدهد (معمولاً ۶۰-۸۰٪) ولی مانند روش حرارتی به طور کامل “حذف” نمیکند.
۳. غلتکزنی / نورد سرد (Roller Burnishing / Low Plasticity Burnishing – LPB). این روش مشابه ساچمهزنی است اما کنترلشدهتر و با کیفیت سطح بالاتر. استفاده از یک غلتک یا قلم سخت برای اعشار فشار بر سطح و ایجاد تغییر شکل پلاستیک بسیار کنترلشده.
مزایا برای تجهیزات حساس:
- بدون حرارت.
- ایجاد تنش فشاری عمیقتر و کنترلشدهتر.
- کیفیت سطح بسیار عالی (صاف و براق).
کاربرد: عالی برای سطوح استوانهای مانند شفتها، سوراخها و filletها.
روشهای حرارتی ویژه برای مواد خاص: اگر اصلاً مجبور به استفاده از حرارت باشید، برای مواد حساس از پروتکلهای بسیار دقیق استفاده میشود:
- برای فولادهای زنگنزن Austenitic (مثل سری ۳۰۰): از عملیات “آنیلینگ تابشی” (Solution Annealing) followed by rapid quenching استفاده میشود تا از رسوب کاربید کروم جلوگیری شود (جلوگیری از حساس شدن).
- برای آلیاژهای آلومینیوم عملیات حرارتی شونده (مانند سری ۷۰۰۰): از “تنش زدایی در دمای پایین” (مثلاً ۱۲۵-۱۵۰ درجه سانتیگراد) استفاده میشود که بر خواص مکانیکی اصلی تأثیر نمیگذارد.
جمعبندی نهایی: بهترین روش برای تجهیزات حساس به حرارت به شرح زیر می باشد:
- ساچمهزنی (Shot Peening) قطعاتی که مقاومت به خستگی در آنها اولویت دارد (پره توربین، فنر، شفت).
- تنش زدایی ارتعاشی (VSR) تجهیزات کامل و مونتاژ شده، سازههای حجیم که امکان حرکت دادن آنها نیست.
- غلتکزنی (Burnishing) سطوح دقیق و حساس که نیاز به کیفیت سطح بالا و تنش فشاری یکنواخت دارند.
جمع بندی
در صنایع فلزی، وجود تنشهای پسماند یکی از عوامل اصلی شکست، تغییر شکل و کاهش عمر قطعات است. برای مقابله با این مشکل، روشهای مختلف تنش زدایی در صنعت توسعه یافتهاند که هر کدام بر اساس نوع ماده، ابعاد قطعه و شرایط کاری انتخاب میشوند.
روشهای حرارتی مانند Stress Relieving Heat Treatment، کاملترین حذف تنش را فراهم میکنند، اما پرهزینه و زمانبر هستند. در مقابل، روشهای مکانیکی و غیرحرارتی مانند تنش زدایی ارتعاشی (VSR)، ساچمهزنی (Shot Peening) و غلتکزنی (Burnishing) گزینههایی سریع، اقتصادی و ایمن برای سازههای بزرگ یا تجهیزات حساس به حرارت محسوب میشوند.
در نهایت، انتخاب بهترین روش تنش زدایی باید بر اساس جنس ماده، ابعاد قطعه، نوع تنش، حساسیت به دما و هزینههای پروژه انجام شود. این انتخاب درست میتواند عمر مفید، دقت ابعادی و ایمنی قطعات را به طرز چشمگیری افزایش دهد و از بروز خسارات فنی و مالی جلوگیری کند.
❓ سوالات متداول درباره روشهای مختلف تنش زدایی در صنعت
1. هدف از تنش زدایی در صنعت چیست؟
هدف اصلی کاهش یا حذف تنشهای پسماند ناشی از فرآیندهایی مانند جوشکاری، ماشینکاری و ریختهگری است تا قطعه در حین کار دچار تغییر شکل، ترک یا شکست نشود.
2. تفاوت بین تنش زدایی حرارتی و ارتعاشی چیست؟
در روش حرارتی، قطعه در کوره تا دمای مشخصی گرم میشود تا تنشها از طریق تغییر شکل پلاستیک یکنواخت آزاد شوند. اما در روش تنش زدایی ارتعاشی (VSR)، بدون نیاز به حرارت و با اعمال ارتعاش در فرکانس رزونانس، تنشها بهصورت مکانیکی کاهش مییابند.
3. آیا روش VSR میتواند جایگزین کامل تنش زدایی حرارتی شود؟
در بسیاری از سازههای بزرگ و تجهیزات حساس به حرارت، بله — زیرا VSR تا ۷۰–۸۰٪ تنشهای پسماند را کاهش میدهد. با این حال، برای قطعاتی که نیاز به حذف کامل تنش دارند (مثل تجهیزات فشار بالا)، روش حرارتی همچنان بهترین گزینه است.
4. کدام روش برای تجهیزات حساس به حرارت مناسبتر است؟
روشهای غیرحرارتی مانند تنش زدایی ارتعاشی (VSR)، ساچمهزنی و غلتکزنی بهترین انتخاب هستند، زیرا در دمای اتاق انجام شده و هیچ تغییری در ساختار یا خواص مکانیکی ایجاد نمیکنند.
5. مزیت اصلی تنش زدایی ارتعاشی نسبت به سایر روشها چیست؟
این روش سریع، قابل حمل، کمهزینه و بدون اثر حرارتی است. همچنین برای قطعات بزرگ و مونتاژشده که انتقال آنها به کوره دشوار است، کاملاً ایدهآل میباشد.
6. آیا میتوان چند روش تنش زدایی را ترکیب کرد؟
بله، در برخی پروژهها ترکیب روشها — مثلاً تنش زدایی ارتعاشی پیش از عملیات حرارتی — میتواند نتیجه بهتری در کاهش تنشهای پسماند و افزایش عمر قطعه داشته باشد.
