Анализ на влиянието на заваръчната деформация върху уморната дълготрайност на ролковите вериги
Въведение
Като важен основен компонент, широко използван в различни механични трансмисионни и транспортни системи, производителността и животът наролкова веригаимат жизненоважно влияние върху надеждността и експлоатационната ефективност на цялото оборудване. Сред многото фактори, които влияят върху дълготрайността на ролковите вериги, деформацията на заваряване е важен аспект, който не може да бъде пренебрегнат. Тази статия ще разгледа задълбочено механизма на влияние, степента на влияние и съответните мерки за контрол на деформацията на заваряване върху дълготрайността на ролковите вериги, с цел да помогне на практикуващите в свързани индустрии да разберат по-добре този проблем, за да предприемат ефективни мерки за подобряване на качеството и надеждността на ролковите вериги, удължаване на експлоатационния им живот и осигуряване на стабилна работа на механичната система.
1. Структура и принцип на работа на ролковата верига
Ролковата верига обикновено се състои от основни компоненти като вътрешна пластина на веригата, външна пластина на веригата, вал на щифта, втулка и ролка. Принципът ѝ на работа е да предава мощност и движение чрез зацепването на зъбите на ролката и зъбното колело. По време на процеса на предаване, различните компоненти на ролковата верига са подложени на сложно напрежение, включително опън, огъване, контактно напрежение и ударно натоварване. Многократното действие на тези напрежения ще причини умора на ролковата верига и в крайна сметка ще повлияе на нейния живот.
2. Причини за деформация при заваряване
В производствения процес на ролкови вериги, заваряването е ключов процес, използван за свързване на външната плоча на веригата с вала на щифта и други компоненти. Въпреки това, деформацията при заваряване е неизбежна по време на процеса на заваряване. Основните причини включват:
Подаване на топлина при заваряване: По време на заваряване, високата температура, генерирана от дъгата, ще доведе до локално и бързо нагряване на заваръчния елемент, което ще доведе до разширяване на материала. По време на процеса на охлаждане след заваряване, заваръчният елемент ще се свие. Поради неравномерните скорости на нагряване и охлаждане на заваръчната зона и околните материали, се генерират заваръчни напрежения и деформации.
Ограничение на твърдостта на заваръчния шев: Ако заваръчният шев не е твърдо фиксиран по време на процеса на заваряване, е по-вероятно да се деформира под действието на заваръчното напрежение. Например, при заваряване на някои тънки външни верижни пластини, ако няма подходяща скоба за фиксирането им, верижната пластина може да се огъне или усука след заваряване.
Неразумна последователност на заваряване: Неразумната последователност на заваряване ще доведе до неравномерно разпределение на заваръчното напрежение, което от своя страна ще влоши степента на деформация на заваряването. Например, при многоходово заваряване, ако заваряването не се извърши в правилния ред, някои части на заваръчния елемент могат да бъдат подложени на прекомерно заваръчно напрежение и да се деформират.
Неправилни параметри на заваряване: Неправилните настройки на параметри като заваръчен ток, напрежение и скорост на заваряване също могат да причинят деформация на заваряването. Например, ако заваръчният ток е твърде голям, заваръчният елемент ще се прегрее, което ще увеличи вложената топлина и ще доведе до по-голяма деформация на заваряването; ако скоростта на заваряване е твърде бавна, зоната на заваряване ще остане твърде дълга, което също ще увеличи вложената топлина и ще причини деформация.
3. Механизмът на влияние на заваръчната деформация върху уморната дълготрайност на ролковата верига
Ефект на концентрация на напрежение: Деформацията при заваряване ще причини локална концентрация на напрежение в компоненти, като например външната пластина на ролковата верига. Нивото на напрежение в зоната на концентрация на напрежение е много по-високо, отколкото в други части. Под действието на променливо напрежение, тези области са по-склонни да образуват пукнатини от умора. След като пукнатината от умора започне, тя ще продължи да се разширява под действието на напрежението, което в крайна сметка ще доведе до скъсване на външната пластина на веригата, като по този начин ще доведе до повреда на ролковата верига и ще намали нейния живот на умора. Например, дефекти при заваряване, като вдлъбнатини и подкоси по външната пластина на веригата след заваряване, ще образуват източник на концентрация на напрежение, ускорявайки образуването и разширяването на пукнатини от умора.
Отклонения в геометричната форма и проблеми със съвпадението: Деформацията при заваряване може да причини отклонения в геометрията на ролковата верига, което я прави несъвместима с други компоненти, като например зъбни колела. Например, деформацията на огъване на външната свързваща плоча може да повлияе на общата точност на стъпката на ролковата верига, причинявайки лошо зацепване между ролката и зъбите на зъбното колело. По време на процеса на предаване, това лошо зацепване ще генерира допълнителни ударни натоварвания и напрежения на огъване, влошавайки повредите от умора на различните компоненти на ролковата верига, като по този начин намалявайки експлоатационния живот.
Промени в свойствата на материала: Високата температура по време на заваряване и последващият процес на охлаждане ще доведат до промени в свойствата на материала в зоната на заваряване. От една страна, материалът в зоната на топлинно въздействие на заваряването може да претърпи удебеляване на зърната, втвърдяване и др., което води до намалена жилавост и пластичност на материала и по-голяма склонност към крехко счупване при натоварване от умора. От друга страна, остатъчното напрежение, генерирано от деформацията на заваряването, ще се наслагва върху работното напрежение, като допълнително влошава напрегнатото състояние на материала, ускорява натрупването на повреди от умора и по този начин влияе върху експлоатационния живот на ролковата верига.
4. Анализ на влиянието на заваръчната деформация върху уморната дълготрайност на ролковите вериги
Експериментални изследвания: Чрез голям брой експериментални изследвания може да се анализира количествено влиянието на заваръчната деформация върху умората на ролковите вериги. Например, изследователи са провели тестове за умора на ролкови вериги с различна степен на заваръчна деформация и са установили, че когато заваръчната деформация на външната звена надвиши определена граница, умората на ролковата верига ще бъде значително намалена. Експерименталните резултати показват, че фактори като концентрация на напрежение и промени в свойствата на материала, причинени от заваръчната деформация, ще съкратят умората на ролковата верига с 20% – 50%. Конкретната степен на влияние зависи от тежестта на заваръчната деформация и условията на работа на ролковата верига.
Числен симулационен анализ: С помощта на методи за числено симулиране, като например анализ с крайни елементи, може да се проучи по-задълбочено влиянието на заваръчната деформация върху дълготрайността на ролковата верига. Чрез създаване на модел с крайни елементи на ролковата верига, като се вземат предвид фактори като промени в геометричната форма, разпределение на остатъчния напрегнат материал и промени в свойствата на материала, причинени от заваръчната деформация, се симулира и анализира разпределението на напреженията и разпространението на пукнатини от умора на ролковата верига под натоварване от умора. Резултатите от численото симулиране се проверяват взаимно с експерименталните изследвания, като по този начин се изяснява допълнително механизмът и степента на влияние на заваръчната деформация върху дълготрайността на ролковата верига и се осигурява теоретична основа за оптимизиране на процеса на заваряване и структурния дизайн на ролковата верига.
5. Мерки за контрол на деформацията при заваряване и подобряване на дълготрайността на ролковата верига при умора
Оптимизиране на процеса на заваряване:
Изберете подходящ метод на заваряване: Различните методи на заваряване имат различни характеристики на вложена топлина и топлинно въздействие. Например, в сравнение с дъговото заваряване, заваряването в защитна газова среда има предимствата на ниско вложена топлина, висока скорост на заваряване и малка деформация при заваряване. Следователно, при заваряването на ролкови вериги трябва да се предпочитат усъвършенствани методи на заваряване, като например заваряване в защитна газова среда, за да се намали деформацията при заваряване.
Разумно регулиране на параметрите на заваряване: В зависимост от материала, размера и други фактори на ролковата верига, заваръчният ток, напрежението, скоростта на заваряване и други параметри се контролират прецизно, за да се избегне деформация при заваряване, причинена от прекомерни или твърде малки параметри. Например, с цел осигуряване на качеството на заварката, заваръчният ток и напрежение могат да бъдат намалени по подходящ начин, за да се намали вложената топлина при заваряване и по този начин да се намали деформацията при заваряване.
Използвайте подходяща последователност на заваряване: За конструкции с ролкови вериги с множество заваръчни проходи, последователността на заваряване трябва да бъде разумно организирана, така че напрежението при заваряване да може да бъде разпределено равномерно и локалната концентрация на напрежение да бъде намалена. Например, последователността на заваряване със симетрично заваряване и сегментно заваряване с обратно заваряване може ефективно да контролира деформацията на заваряването.
Приложение на приспособленията: Проектирането и използването на подходящи приспособления е от решаващо значение за контролирането на деформацията при заваряване на ролковите вериги. Преди заваряване, заваръчната конструкция се фиксира здраво в правилната позиция с приспособления, за да се ограничи нейното движение и деформация по време на заваряване. Например, чрез използване на метода на твърдо фиксиране и прилагане на подходяща сила на затягане в двата края на външната плоча на веригата, може ефективно да се предотврати деформацията на огъване по време на заваряване. В същото време, след заваряване, приспособлението може да се използва и за коригиране на заваръчната конструкция, за да се намали допълнително деформацията при заваряване.
Термична обработка и корекция след заваряване: Термичната обработка след заваряване може да елиминира остатъчното напрежение от заваряването и да подобри свойствата на материала в зоната на заваряване. Например, правилното отгряване на ролковата верига може да усъвършенства зърнестата структура на материала в зоната на заваряване, да намали твърдостта и остатъчното напрежение в материала и да подобри неговата жилавост и устойчивост на умора. Освен това, за ролкови вериги, които вече са получили деформация от заваряване, може да се използва механична корекция или корекция с пламък, за да се възстанови форма, близка до проектната, и да се намали влиянието на отклонението на геометричната форма върху експлоатационния живот.
6. Заключение
Деформацията при заваряване има значително влияние върху дълготрайността на ролковите вериги от умора. Концентрацията на напрежение, отклоненията в геометричната форма и проблемите със съвпадението, както и промените в свойствата на материалите, породени от това, ще ускорят повредите от умора на ролковите вериги и ще намалят експлоатационния им живот. Следователно, в производствения процес на ролкови вериги трябва да се вземат ефективни мерки за контрол на деформацията при заваряване, като например оптимизиране на технологията на заваряване, използване на приспособления, извършване на термична обработка и корекция след заваряване и др. Чрез прилагането на тези мерки качеството и надеждността на ролковите вериги могат да бъдат значително подобрени, а дълготрайността им от умора - удължена, като по този начин се осигурява стабилна работа на механичните трансмисионни и транспортни системи и се осигурява силна подкрепа за производството и развитието на свързаните с тях индустрии.
Време на публикуване: 04 юни 2025 г.