Как да се намали остатъчното напрежение в ролковата верига след заваряване
В производствения процес на ролкови вериги, заваряването е ключов процес. Въпреки това, след заваряване, често ще има остатъчно напрежение в ролковите вериги. Ако не се вземат ефективни мерки за намаляването му, това ще има много неблагоприятни последици за качеството и производителността.ролкова верига, като например намаляване на якостта на умора, причиняване на деформация и дори счупване, като по този начин се отразява на нормалната употреба и живота на ролковите вериги в различни механични съоръжения. Ето защо е много важно задълбочено да се изучат и овладеят методите за намаляване на остатъчното напрежение при заваряване на ролкови вериги.
1. Причини за остатъчно напрежение
По време на процеса на заваряване, заваръчната част на ролковата верига ще бъде подложена на неравномерно нагряване и охлаждане. По време на заваряване температурата на заваръчния шев и околната зона се повишава бързо и металният материал се разширява; а по време на процеса на охлаждане свиването на метала в тези зони е ограничено от околния ненагрят метал, като по този начин се генерира остатъчно напрежение при заваряване.
Условията на ограничение по време на заваряване също ще повлияят на размера и разпределението на остатъчното напрежение. Ако ролковата верига е силно ограничена по време на заваряване, т.е. степента на фиксирана или ограничена деформация е голяма, тогава по време на процеса на охлаждане след заваряване, остатъчното напрежение, причинено от невъзможността за свободно свиване, също ще се увеличи съответно.
Факторите на самия метален материал не могат да бъдат пренебрегнати. Различните материали имат различни термични, физични и механични свойства, което води до различно термично разширение, свиване и граница на провлачване на материалите по време на заваряване, като по този начин влияят върху генерирането на остатъчно напрежение. Например, някои високоякостни легирани стомани имат висока граница на провлачване и са склонни да генерират големи остатъчни напрежения по време на заваряване.
2. Методи за намаляване на остатъчното напрежение при заваряване на ролкови вериги
(I) Оптимизиране на процеса на заваряване
Разумно организирайте последователността на заваряване: При заваряване на ролкови вериги, заваръчните шевове с голямо свиване трябва да се заварят първо, а заваръчните шевове с малко свиване трябва да се заварят по-късно. Това позволява на заваръчния шев да се свива по-свободно по време на заваряване, намалявайки остатъчното напрежение, причинено от ограниченото свиване на заваръчния шев. Например, при заваряване на вътрешните и външните верижни пластини на ролкова верига, първо се заварява вътрешната верижна пластина, а след това външната верижна пластина се заварява, след като се охлади, така че заваръчният шев на вътрешната верижна пластина да не е твърде ограничен от външната верижна пластина при свиване.
Използвайте подходящи методи и параметри на заваряване: Различните методи на заваряване имат различни остатъчни напрежения върху ролковите вериги. Например, заваряването в защитна газова среда може да намали зоната, засегната от топлина, до известна степен в сравнение с някои традиционни методи на заваряване, поради концентрираната топлина на дъгата и високата термична ефективност, като по този начин намалява остатъчното напрежение. Същевременно е от решаващо значение разумно да се изберат параметри като заваръчен ток, напрежение и скорост на заваряване. Прекомерният заваръчен ток ще доведе до прекомерно проникване на заваръчния шев и прекомерно подаване на топлина, което ще доведе до прегряване на заваръчния шев и увеличаване на остатъчното напрежение; докато подходящите параметри на заваряване могат да направят процеса на заваряване по-стабилен, да намалят дефектите при заваряване и по този начин да намалят остатъчното напрежение.
Контрол на температурата на междуслойния слой: При заваряване на ролкови вериги на множество слоеве и многократни проходи, контролирането на температурата на междуслойния слой е ефективна мярка за намаляване на остатъчното напрежение. Подходящата температура на междуслойния слой може да поддържа метала на заваръчния шев и зоната, засегната от топлина, в добра пластичност по време на процеса на заваряване, което е благоприятно за свиване на заваръчния шев и освобождаване на напрежението. Обикновено температурата на междуслойния слой трябва да се определя според свойствата на материалите, използвани в ролковата верига, и изискванията на процеса на заваряване, а температурата по време на процеса на заваряване трябва да се измерва и контролира, за да се гарантира, че температурата на междуслойния слой е в подходящия диапазон.
(II) Приемете подходящи мерки за предварително и последващо нагряване при заваряване
Предварително нагряване: Преди заваряване на ролковата верига, предварителното нагряване на заваръчния елемент може ефективно да намали остатъчното напрежение при заваряване. Предварителното нагряване може да намали температурната разлика на заваръчния шев и да направи разпределението на температурата на заваръчния шев по-равномерно по време на заваряване, като по този начин намали термичното напрежение, причинено от температурния градиент. Освен това, предварителното нагряване може също да повиши началната температура на заваръчния шев, да намали температурната разлика между заваръчния метал и основния материал, да подобри характеристиките на заваръчния шев, да намали генерирането на заваръчни дефекти и по този начин да намали остатъчното напрежение. Определянето на температурата на предварително нагряване трябва да се основава на състава, дебелината, метода на заваряване и околната температура на материала на ролковата верига.
Допълнително нагряване: Допълнителната термична обработка след заваряване, т.е. дехидрогениране, също е едно от важните средства за намаляване на остатъчното напрежение при заваряване на ролкови вериги. Допълнителната термична обработка обикновено нагрява заваръчния шев до около 250-350℃ веднага след завършване на заваряването и охлаждането му до определена температура, след което бавно се охлажда, след като се поддържа топъл за определен период от време. Основната функция на допълнителната обработка е да ускори дифузията и отделянето на водородни атоми в заваръчния шев и зоната, засегната от топлина, да намали съдържанието на водород в заваръчния шев, като по този начин намали възможността от напукване от корозия под напрежение, предизвикано от водород, и също така да помогне за облекчаване на остатъчното напрежение при заваряване. Допълнителната термична обработка е особено важна за заваряването на някои високоякостни стомани и дебелостенни ролкови вериги.
(III) Извършване на термична обработка след заваряване
Цялостно високотемпературно отпускане: Поставете цялата ролкова верига в нагревателна пещ, бавно я нагрейте до около 600-700℃, дръжте я топла за определен период от време и след това я охладете до стайна температура в пещта. Тази цялостна високотемпературна обработка за отпускане може ефективно да елиминира остатъчното напрежение в ролковата верига, като обикновено може да се елиминира 80%-90% от остатъчното напрежение. Температурата и времето за високотемпературно отпускане трябва да се контролират прецизно в зависимост от фактори като материала, размера и изискванията за производителност на ролковата верига, за да се гарантира ефектът и качеството на термичната обработка. Въпреки това, цялостната високотемпературна обработка за отпускане изисква по-голямо оборудване за термична обработка и цената на обработката е сравнително висока, но за някои продукти от ролкови вериги със строги изисквания за остатъчно напрежение, това е идеален метод за елиминиране на остатъчното напрежение.
Локално високотемпературно отпускане: Когато ролковата верига е с големи размери или сложна форма и цялостното високотемпературно отпускане е трудно, може да се използва локално високотемпературно отпускане. Локалното високотемпературно отпускане е загряване само на заваръчния шев на ролковата верига и локалната зона около него, за да се елиминира остатъчното напрежение в зоната. В сравнение с общото високотемпературно отпускане, локалното високотемпературно отпускане има относително по-ниски изисквания за оборудване и разходи за обработка, но ефектът му от елиминирането на остатъчното напрежение не е толкова цялостен, колкото общото високотемпературно отпускане. При извършване на локално високотемпературно отпускане трябва да се обърне внимание на равномерността на зоната на нагряване и контрола на температурата на нагряване, за да се избегне нова концентрация на напрежение или други проблеми с качеството, причинени от локално прегряване или неравномерна температура.
(IV) Метод на механично разтягане
Методът на механично разтягане е прилагане на опънна сила върху ролковата верига след заваряване, за да се предизвика пластична деформация, като по този начин се компенсира остатъчната деформация от натиск, генерирана по време на процеса на заваряване, и се постига целта за намаляване на остатъчното напрежение. В реална експлоатация може да се използва специално оборудване за разтягане, за да се зададе подходяща сила на опън и скорост на разтягане според спецификациите и изискванията за производителност на ролковата верига, за да се постигне равномерно разтягане на ролковата верига. Този метод има добър ефект върху някои продукти от ролкови вериги, които изискват прецизен контрол на размера и елиминиране на остатъчното напрежение, но е необходимо да бъде оборудван със съответно оборудване за разтягане и професионални оператори, като има определени изисквания за производствените площадки и условията на процеса.
(V) Метод на разтягане с температурна разлика
Основният принцип на метода на разтягане с температурна разлика е да се използва температурната разлика, генерирана от локалното нагряване, за да се предизвика деформация на опън в зоната на заваряване, като по този начин се намали остатъчното напрежение. Специфичната операция е да се използва кислородно-ацетиленова горелка за нагряване на всяка страна на заваръчния шев на ролковата верига и едновременно с това да се използва водопровод с редица отвори за пръскане на вода за охлаждане на определено разстояние зад горелката. По този начин се образува зона с висока температура от двете страни на заваръчния шев, докато температурата на зоната на заваряване е ниска. Металът от двете страни се разширява поради топлината и разтяга зоната на заваряване с по-ниска температура, като по този начин се постига целта за елиминиране на някои остатъчни напрежения от заваряването. Оборудването за метода на разтягане с температурна разлика е сравнително просто и лесно за работа. Може да се прилага гъвкаво на строителната площадка или производствената площадка, но ефектът от елиминирането на остатъчното напрежение е силно повлиян от параметри като температура на нагряване, скорост на охлаждане и разстояние на пръскане с вода. Необходимо е да се контролира и регулира точно според реалните условия.
(VI) Третиране на вибрационно стареене
Вибрационното стареене използва ефекта на механичната енергия на вибрациите, за да накара ролковата верига да резонира, така че остатъчното напрежение вътре в детайла да се хомогенизира и намали. Ролковата верига се поставя върху специално оборудване за вибрационно стареене, а честотата и амплитудата на възбудителя се регулират, за да накарат ролковата верига да резонира в рамките на определен период от време. По време на процеса на резонанс металните зърна вътре в ролковата верига ще се плъзгат и пренареждат, микроструктурата ще се подобри и остатъчното напрежение постепенно ще намалее. Вибрационното стареене има предимствата на просто оборудване, кратко време за обработка, ниска цена, висока ефективност и др. и не влияе на качеството на повърхността на ролковата верига. Поради това се използва широко в производството на ролкови вериги. Най-общо казано, вибрационното стареене може да елиминира около 30% – 50% от остатъчното напрежение от заваряването на ролкови вериги. За някои продукти от ролкови вериги, които не изискват особено високо остатъчно напрежение, вибрационното стареене е икономичен и ефективен метод за елиминиране на остатъчното напрежение.
(VII) Метод с чукане
Методът на чукане е прост и често използван метод за намаляване на остатъчното напрежение при заваряване. След заваряване на ролковата верига, когато температурата на заваряване е 100 – 150℃ или над 400℃, използвайте малък чук, за да почукате равномерно заваръчния шев и съседните му зони, за да предизвикате локална пластична деформация на метала и по този начин да намалите остатъчното напрежение. Трябва да се отбележи, че по време на процеса на чукане трябва да се избягва температурният диапазон от 200 – 300℃, тъй като в този момент металът е в крехко състояние и чукането може лесно да причини напукване на заваръчния шев. Освен това, силата и честотата на чукането трябва да бъдат умерени и трябва да се регулират според фактори като дебелината на ролковата верига и размера на заваръчния шев, за да се осигури ефектът и качеството на чукането. Методът на чукане обикновено е подходящ за някои малки, прости заваръчни конструкции на ролкови вериги. За големи или сложни заваръчни конструкции на ролкови вериги ефектът от метода на чукане може да е ограничен и е необходимо да се използва в комбинация с други методи.
3. Как да изберем подходящ метод за намаляване на остатъчното напрежение
В реалното производство, в зависимост от различните ситуации и изисквания на ролковите вериги, е необходимо цялостно да се разгледат предимствата и недостатъците, обхватът на приложение, цената и други фактори на различните методи за намаляване на остатъчното напрежение, за да се избере подходящ метод за обработка. Например, за някои високопрецизни, високоякостни, дебелостенни ролкови вериги, общото високотемпературно отпускане може да бъде най-добрият избор; докато за някои големи партиди и прости форми на ролкови вериги, вибрационното стареене или методът на чукане могат ефективно да намалят производствените разходи и да подобрят ефективността на производството. В същото време, при избора на метод за намаляване на остатъчното напрежение е необходимо да се вземат предвид и условията на употреба на ролковата верига, за да се гарантира, че избраният метод може да отговаря на изискванията за производителност и стандартите за качество на ролковата верига в реална употреба.
4. Ролята на намаляването на остатъчното напрежение за подобряване на качеството и производителността на ролковите вериги
Намаляването на остатъчното напрежение при заваряване може значително да подобри якостта на умора на ролковите вериги. Когато остатъчното напрежение на опън в ролковата верига се намали или елиминира, действителното ниво на напрежение, което тя понася по време на работа, се намалява съответно, като по този начин се намалява рискът от счупване, причинено от възникването и разширяването на пукнатини от умора, и се удължава експлоатационният живот на ролковата верига.
Това помага за подобряване на размерната стабилност и точността на формата на ролковата верига. Прекомерното остатъчно напрежение може да доведе до деформация на ролковата верига по време на употреба, което влияе върху точността на съвпадение със зъбните колела и други компоненти и по този начин влияе върху нормалната работа на механичното оборудване. Чрез намаляване на остатъчното напрежение, ролковата верига може да поддържа добра размерна стабилност и точност на формата по време на употреба и да подобри надеждността и точността на трансмисията.
Това може да намали склонността към корозионно напукване под напрежение на ролковите вериги в корозивни среди. Остатъчното напрежение на опън ще увеличи чувствителността на ролковите вериги към корозионно напукване под напрежение в корозивни среди, а намаляването на остатъчното напрежение може ефективно да намали този риск, да подобри корозионната устойчивост на ролковите вериги в тежки условия и да разшири обхвата им на приложение.
Време на публикуване: 30 юни 2025 г.