VSR چیست؟

1- معرفی VSR

تنش زدایی ارتعاشی یا Vibratory Stress Relief که به اختصار VSR خوانده میشود، یکی از روشهای کاهش تنشهای پسماند در سازه هاست. سایر روشهای تنش زدایی یا تنش گیری عبارتند از حرارتی (TSR)، اولتراسونیک، طبیعی و … که در این میان روش حرارتی قدیمی ترین و رایج ترین روش میباشد. میتوان گفت VSR مهمترین رقیب برای روش تنش زدایی حرارتی است.

2 – عملیات VSR به طور خلاصه چگونه انجام میشود؟

عملیات VSR یا تنش زدایی ارتعاشی بر اساس یک دستورالعمل استاندارد انجام میگرد. طبق این دستور العمل پس از نصب تجهیزات VSR بر روی نقاط مناسب سازه، سه مرحله عملیات بر روی آن انجام میگیرد:

  • جاروب فرکانسی اولیه
  • عملیات اصلی تنش زدایی
  • جاروب فرکانسی ثانویه

در طی این سه مرحله سازه در حدود یک ساعت و در فرکانسهای خاصی توسط ویبراتور (لرزاننده) به ارتعاش یا لرزه در می آید. همزمان با لرزش سازه، داده های ارتعاشی توسط سنسور متصل به سازه ثبت شده و نمودارهای مورد نیاز توسط داده ها رسم می گردد. این نمودارها در اثبات کاهش تنشهای پسماند سازه کمک میکند.

3 – دستگاه VSR از چه قسمتهایی تشکیل شده است؟

در شکل های زیر اجزای تشکیل دهنده دستگاه VSR دیده میشود

4 – VSR چه مزایا و معایبی نسبت به روش حرارتی دارد؟

  • برای مواد و ساختارهای متنوع قابل استفاده است؛
  • به لحاظ ابعاد و اندازه، محدودیت کمتری دارد (از 100 کیلوگرم تا 50 تن)؛
  • باعث تأثیرهای نامطلوب بر خواص متالورژیکی مواد می‌شود و تأثیری بر خواص مواد از قبیل مقاومت سایش، سختی و تنش تسلیم، ندارد؛
  • باعث از بین رفتن و تخریب پوشش قطعات نمی‌شود؛
  • نسبت به سایر روشهای تنش زدایی، بسیار سریع‌تر است (در حدود ۲ ساعت زمان برای هر سازه)؛
  • دستگاه‌ آن قابل حمل است و تنش زدایی در محل کارفرما انجام می‌شود، لذا در هزینه‌های حمل و نقل سازه صرفه‌جویی می‌شود؛
  • مصرف انرژی و آلودگی محیطی کم‌تری دارد (در حدود یک هزارم روش حرارتی مصرف انرژی و آلودگی دارد!)؛
  • هزینه های آن نسبت به تنش زدایی حرارتی کم‌تر است (در حدود یک چهارم یا کمتر)؛
  • تغییرات نامطلوب سطحی از قبیل اکسیدشدگی روی قطعات، اتفاق نمی‌افتد؛
  • احتمال آنیلینگ ماده در این روش وجود ندارد؛
  • برای قطعات اكسترود شده و یا قطعاتی كه تحت كار سرد شدید قرار گرفته‌اند، پیشنهاد نمی شود؛
  • برای سازه های ساخته شده از چدنهای غیرچکش خوار (Brittle) قابل استفاده نیست.

5 – محدودیت‌های روش VSR چیست؟

قطعاتی که با روش ریخته‌گری تولید میشوند و سرعت سرد شدن آن زیاد است، به دلیل به وجود آمدن ساختاری شکننده در قسمت‌های سطحی آن و همچنین تشکیل دانه‌های تیز در آن، حتماً باید به روش حرارتی آنیل شود، تا ضمن رهایی از تنش‌های پسماند ساختار آن نیز بهبود یابد. اگر چنین قطعه‌ای با استفاده از تجهیزات تنش ‌زدایی ارتعاشی تنش زدایی شود، ممکن است سطح بسیار ناچیزی از تنش‌های پسماند موجود در آن آزاد شود، اما خطر ایجاد یا رشد ترک در آن وجود دارد.

6 – تنش زدایی چه فایده ای دارد؟

مهمترین دستاورد یا فایده تنش زدایی پایداری ابعادی یا ثبات ابعادی سازه است. در برخی منابع اثربخشی روش VSR را در پایداری ابعادی قطعات، حتی از رقیب خود یعنی روش حرارتی، بیشتر دانسته اند. سایر فایده های VSR شامل افزایش مقاومت مکانیکی سازه ها در بارگذاریهای مجاز، افزایش عمر خستگی سازه ها (به دلیل کاهش مقدار تنش اولیه)، و کاهش احتمال خوردگی سازه است.

7 – تنش پسماند یا residual stress چیست؟

تنش پسماند تنشی است که قطعه در حالت بدون بار خارجی، در خود دارد که معمولاً در فرایند ساخت به وجود می‌آید. تغییرات حرارتی و بارگذاری‌های زیاد در حین جوش‌کاری، ریخته‌گری، فورج، ماشین‌کاری و دیگر روش‌های ساخت، منجر به ایجاد تنش پسماند می‌شود.

8 – اگر تنش زدایی نکنیم چه میشود؟ (تأثیرهای نامطلوب تنش پسماند)

پاسخ این پرسش ساده است. اگر تنش زدایی نکنیم تنشهای پسماند سازه تخلیه نشده و سازه این تنشها را به طور طبیعی و در طول زمان (در حدود یک سال) آزاد میکند. در طی این فرآیند طبیعی، سازه دچار تغییر شکلهای نامطلوب و اعوجاج میگردد. میتوان گفت مهمترین تاثیرات نامطلوب تنشهای پسماند شامل: ناپایداری ابعادی، پایین آمدن مقاومت مکانیکی سازه ها در بارگذاریهای مجاز، کاهش عمر خستگی و افزایش خوردگی سازه است.

9 – سابقه VSR چیست؟

روش تنش زدایی ارتعاشی، در دهه ۵۰ میلادی، در آمریکا، ابداع شد؛ البته در مقایسه با روش حرارتی، این روش جدید محسوب میشود. به علت محاسن آن به تدریج به اروپا و آسیا گسترش یافت. برای نمونه، یکی از مراکز تنش‌زدایی در آمریکا ۳۵۰ دستگاه تنش‌زدایی ارتعاشی در اختیار دارد. کشور چین نیز با توجه به این که در زمینه تولید در جهان پیشرو است، در این زمینه، پژوهش‌های زیادی کرده است. امروزه این روش در کشور چین بسیار رایج است.

10 – کشورهای پیشرو در زمینه VSR کدامند؟

کشورهای آمریکا، ایتالیا، چین، سوئیس، هند، انگلیس و آلمان از کشورهای پیشرو در این زمینه محسوب میشوند. سایر کشورها نظیر کره جنوبی، آفریقای جنوبی، ترکیه و ایران نیز در این حوزه وارد شده اند.

11 – سابقه VSR در ایران چیست؟

سابقه این روش در ایران به حدود دهه 1380 بر می گردد که شخصی برای اولین بار دستگاه VSR را از انگلستان وارد کرد و در واقع نمایندگی آن شرکت در ایران شد. پس از آن نیز یک دستگاه چینی توسط شرکت دیگری وارد شد که هم اکنون غیر فعال است. در سال 1398 شرکت تنش زدایی ارتعاشی مدرس برای اولین بار در ایران موفق به طراحی و ساخت دستگاه VSR شد.

12 – چرا روش VSR در ایران به اندازه کشورهای صنعتی رایج نیست؟

ارزان بودن انرژی در ایران مهمترین دلیل رواج کمتر این روش در ایران نسبت به سایر کشورهای صنعتی است. طبق محاسبات روش VSR در حدود800 تا 1000 برابر انرژی کمتری در مقایسه با رقیب خود یعنی روش حرارتی یا TSR مصرف میکند. این موضوع در کشورهایی که انرژی گران است بسیار قابل ملاحظه است. لذا روش VSR در کشورهایی نظیر چین و هند و کشورهای اروپایی و آمریکا بسیار گسترش پیدا کرده است. همچنین به روز نبودن و آشنا نبودن بسیاری از صنعتگران و کارفرمایان ایرانی با اهمیت تنش زدایی و وجود روشی به نام VSR نیز از دلایل کمتر رایج بودن این روش در ایران است.

13 – VSR طبق چه مکانیزمی تنشهای پسماند را کاهش میدهد؟

در روش VSR با اعمال تنشهای نوسانی به سازه توسط ویبراتور (لرزاننده) در واقع تنش جدیدی را به تنش پسماند موجود در سازه اضافه میکنیم. مجموع این تنشها منجر به تغییر شکلهای میکروپلاستیک در سازه شده و در واقع سازه را به مرز پلاستیک می رساند. همین تغییر شکلهای بسیار ریز باعث آزاد شدن انرژی و در واقع کاهش تنشهای پسماند میگردد.

14 – آیا VSR واقعا موثر است؟

تا کنون مطالعات و پژوهش های زیادی در این زمینه در ایران و سایر کشورها انجام شده است. میتوان گفت اگر این عملیات به طور اصولی و صحیح انجام شود تاثیر خوبی در کاهش تنشهای پسماند دارد. بسیاری از پژوهش ها نشان میدهد که روش VSR در ثبات و پایداری ابعادی سازه موثر بوده است. همچنین تجربیات شرکت تنش زدایی ارتعاشی در انجام این عملیات بر روی بیش از 100 سازه مختلف این موضوع را تایید میکند. در کنار این موضوع، تاکید و الزام بسیاری از مشاورین خارجی نظیر دانیلی ایتالیا (Danieli) و سولزر سوئیس (Sulzer) به انجام عملیات VSR بر روی سازه ها، اهمیت موضوع را می رساند.

15 – کاهش تنشهای پسماند سازه در عملیات VSR چگونه ثابت میشود؟

کاهش تنشهای پسماند به دو روش قابل اثبات است:

  • روش مستقیم: در این روش تنشهای پسماند توسط روش هایی نظیر Hole drilling یا اولتراسونیک؛ قبل و بعد از عملیات VSR اندازه گیری میشود.
  • روش غیر مستقیم: در این روش به کمک داده های ارتعاشی ثبت شده توسط سنسور متصل به سازه، نمودارهای مختلفی در حوزه زمان و فرکانس رسم میگردد. از تغییرات و نشانه های موجود در این نمودارها کاهش تنشهای پسماند بر اساس استانداردهای موجود قابل اثبات است.

توضیح: از آنجا که هزینه های روشهای مستقیم بالاست بسیاری از کارفرمایان روش غیر مستقیم را ترجیح میدهند. در گزارش های شرکت تنش زدایی ارتعاشی مدرس اثبات کاهش تنشهای پسماند توسط روش غیر مستقیم انجام میگرد و به کارفرما ارائه میگردد.

16 – برای انجام عملیات VSR چه مقدماتی لازم است؟

  • تماس با کارشناسان شرکت
  • ارسال عکس سازه
  • ارسال فایل مدل سه بعدی سازه با فرمت Stp یا Step برای شرکت (در صورت درخواست کارشناسان ما) جهت بررسی و امکان سنجی
  • جداسازی کلیه دیاق ها و فیکسچرها و باز کردن پیچ و مهره های بسته شده به سازه
  • قراردادن سازه بر روی سطحی نسبتا صاف و در فضای مسقف
  • فراهم کردن یک میز کار در کنار سازه جهت قراردادن لپ تاپ و سایر تجهیزات و دو عدد صندلی
  • آماده بودن جرثقیل جهت جابجایی سازه، دستگاه جوشکاری و سنگ فرز
  • کمک به کارشناسان ما جهت جابجایی تجهیزات سنگین

17 – بهترین زمان برای انجام VSR چیست؟

بهترین زمان برای VSR بعد از اتمام عملیات جوشکاری و ماشین کاری خشن و قبل از ماشینکاری finishing است. اگر از زمان اتمام جوشکاری بیش از 6 ماه گذشته باشد، VSR چندان اثر بخش نخواهد بود. پس بهتر است هر چه سریعتر اقدام کنید!

18 – آیا قطعه یا سازه ای که بعد از جوشکاری یا ماشینکاری تابیده یا دچار اعوجاج شده بر اثر VSR به حالت اولیه خود برمیگردد؟

خیر به هیچ وجه. برای این کار نیاز به عملیات تابگیری است. عملیات VSR ابعادی فعلی سازه را تثبیت میکند.

19 – آیا بعد از انجام عملیات VSR گواهی، certificate یا گزارشی به کارفرما ارائه میشود؟

بله. گزارش نسبتا مفصلی از کلیه مراحل کار و نتایج حاصل شده و نمودارها و گرافهایی که بر اساس آن کاهش تنشهای پسماند اثبات میشود ارائه میشود. این گزارش به عنوان گواهی یاcertificate  نیز محسوب می شود.  در اینجا نمونه ای از گزارشهای ارائه شده توسط شرکت تنش زدایی ارتعاشی مدرس قابل دیدن است.

20 – آیا برای انجام عملیات VSR استانداردی وجود دارد؟

بله استاندارهای مختلفی در این زمینه وجود دارد. در این استانداردها هم به مراحل انجام عملیات اشاره شده و هم به معیارهای پذیرش و اثبات کاهش تنشهای پسماند اشاره شده است. سه مورد از این استانداردها به شرح زیر است:

  • JBT5926-2005
  • WJ-2696_2008
  • Danieli VSR Standard 2.8.307

21 – آیا استانداردهایی نظیر ASME یا AWS روش VSR را تایید میکنند؟

در استاندارد ASME اشاره ای به روش VSR نشده است ولی در AWS D14.1 و AWS D14.4 به این روش به عنوان جایگزینی برای TSR اشاره شده است. توجه داشته باشید در بسیاری از سازه ها VSR تنها گزینه برای تنش زدایی است.

22 – آیا روش VSR برای همه آلیاژها قابل استفاده است؟

این روش تنها برای آلیاژهایی که حالت شکننده و ترد دارند قابل استفاده نیست. همچنین VSR برای قطعاتی که به روش اکسترود تولید شده اند چندان مناسب نیست.

23 – آیا برای آلیاژهایی نظیرH321 AL5083 ، AL7075 T3,4,6، AL2024 T6، انواع فولادهای ضد زنگ (Stainless steels)  و …  قابلیت انجام VSR وجود دارد؟

بله. در این نوع آلیاژها به دلیل محدودیتهای روش حرارتی، تنها گزینه تنش زدایی، VSR است.

24 – راندمان کاهش تنشهای پسماند در روش VSR چند درصد است؟

با توجه به تجربیات مختلفی که در مقالات و گزارشها ثبت شده راندمان کاهش تنشهای پسماند در این روش در حدود 30 الی 50 درصد است. البته در بعضی منابع اعداد بیشتری نیز ذکر شده است. اما همین راندمان نیز جهت ثبات و پایداری ابعادی کافیست.

25 – آیا همه سازه ها را میتوان به روش VSR تنش گیری کرد؟

دقیقا بستگی به فرکانسهای طبیعی سازه دارد. اگر سازه فرکانس طبیعی کمتر از 100 هرتز داشته باشد استفاده از این روش میسر است. این موضوع به کمک تحلیل مودال قبل از عملیات قابل پیش بینی است.

26 – آیا سازه های کوچک با وزنهای کمتر از 100 یا 50 کیلوگرم را میتوان به تعداد زیاد بر روی یک میز یا صفحه بست و با لرزش میز قطعات را تنش گیری کرد؟

خیر. این کار به هیچ وجه اصولی و قابل تایید نیست.

27 – آیا خدمات VSR به خارج از ایران نیز ارائه میشود؟

بله. شرکت تنش زدایی ارتعاشی مدرس آمادگی دارد خدمات VSR را به سایر کشورها علی الخصوص کشورهای همسایه ایران ارائه نماید.

28 – شرکت تنش زدایی ارتعاشی مدرس در این زمینه چقدر تجربه دارد؟

این شرکت در طی دوران فعالیت خود حدود 100 تنوع مختلف سازه را VSR کرده که مجموع وزنی سازه ها بیش از 1000 تن میباشد.

29 – آیا شرکت تنش زدایی ارتعاشی مدرس دانش بنیان است؟

بله. این شرکت هم در حوزه خدمات VSR و هم در حوزه محصول (دستگاه) VSR دانش بنیان است.

30 – آیا دستگاه VSR نیز فروخته میشود یا فقط خدمات آن ارائه میشود؟

بله. دستگاه VSR بنا به سفارش مشتری ساخته و عرضه میگردد.

فهرست