稿源:2013-05-07/中央社
興大材料系吳威德教授用橡皮筋說明應力的原理,前方展示的是此項新聞技術所用的設備。
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大學教授當起金屬的穴位按摩師!國立中興大學材料科學與工程學系特聘教授吳威德累積20年經驗,研究出一套金屬專用的穴位按摩法,專門用來消除金屬加工過程中所產生的殘留應力,與目前業界常用的應力消除方式「熱處理」相較,此技術不受體積與材質限制,能有效維持精密度、提高產品良率與耐用度。現已取得美國與中華民國專利,海外台商亦表達高度興趣。
吳威德解釋,金屬經車削、鍛壓、銲接、熱處理等加工後會有很大的殘留應力,平常根本看不到也感覺不出來,但累積到一定程度後,輕微的會導致材料變形,嚴重的則會使材料破裂。如果是發生在公共建設中的鋼橋、鋼結構建築、壓力容器或是化學塔槽腐蝕穿孔破壞等,均會造成重大的公共安全危害或財產損失。因此,在物件還未使用之前如能先消除其內部過大的殘留應力,則等於為此物件求了一張平安符。
吳威德指出,金屬材料的應力消除可分為兩大類,一為熱處理,另一為機械力的方式,目前業界最常採用的是熱處理。熱處理雖然普及但卻無法適用於任何材料,像是遇熱會變質的材料,如不鏽鋼會生鏽,或是太大型的工件,都無法用此種方式施作。另外,熱處理也存在設備昂貴、處理時間長、處理場地受限制等問題。
此次研發的「金屬穴位按摩法」,是採用業界鮮少人知道如何駕馭的機械力,在高殘留應力的金屬上施入合宜的拉壓交變應力,也就是藉由外加的震波輸入讓材料本身產生極高頻的振動,將會造成危害部分的高應力區去除,而只留下無害的部分,這樣不僅避免掉殘留應力帶來的危害,還可維持金屬材料在原先設計下該有的物理與化學性質。
吳威德表示,每一個不同的結構、重量、材料皆有特殊反應出來的頻率與振動方式,外加的振動如施行得宜會讓應力釋放效果極佳,假如不當,不僅無法有效的釋放殘留應力,反而會對材料或工件造成傷害,最常見的是讓材料產生疲勞傷害的情形,而導致使用壽命降低。
此項發明特別之處在於設計的「振盪應力消除系統」,可以先偵測到頻率,再採用不同的振盪頻率跟時間,達到最佳的應力釋放,好比每個人皆有其特殊的穴位一般,利用正確的穴位按摩方式與力道的掌握,才能得到真正的放鬆。
「金屬的穴位按摩法」適用於所有用到銲接製程的產業,包含鋼結構、航太零組件、化工塔槽、壓力容器、精密機械等。吳威德以中部地區極具產業競爭力的精密機械機具為例,台灣所生產的精密精械為世界級的水準,出廠精度很高,但與歐洲及日本的機台相較卻有較不耐用的缺點,主要原因在於機台太大業者沒辦法作熱處理,成品的殘留應力高,使得機台操作一陣子後精度就容易跑掉。
十幾年前,吳威德也曾幫直徑寬達2米的台北第二淨水管進行應力消除,當時也是因為管線大太無法熱處理,而找上他技術協助。吳威德認為,金屬材料應用很廣,機械力式的應力消除法有推廣的必要,此項技術能與熱處理相輔相成,有效補足熱處理無法施作的材料與大型的機具,且避免因熱處理所導致的變形與軟化,有助提高機器設備的精密度與耐用度,且降低潛在的工安危險。
吳威德教授聯絡方式:weite@dragon.nchu.edu.tw。