Anàlisi de la influència de la deformació de la soldadura en la vida útil a fatiga de la cadena de rodets

Anàlisi de la influència de la deformació de la soldadura en la vida útil a fatiga de la cadena de rodets

Introducció
Com a component bàsic important àmpliament utilitzat en diversos sistemes de transmissió i transport mecànic, el rendiment i la vida útil decadena de rodetstenen un impacte vital en la fiabilitat i l'eficiència operativa de tot l'equip. Entre els molts factors que afecten la vida útil a la fatiga de la cadena de rodets, la deformació de la soldadura és un aspecte important que no es pot ignorar. Aquest article explorarà en profunditat el mecanisme d'influència, el grau d'influència i les mesures de control corresponents de la deformació de la soldadura en la vida útil a la fatiga de la cadena de rodets, amb l'objectiu d'ajudar els professionals de les indústries relacionades a comprendre millor aquest problema, per tal de prendre mesures efectives per millorar la qualitat i la fiabilitat de la cadena de rodets, allargar la seva vida útil i garantir el funcionament estable del sistema mecànic.

1. Estructura i principi de funcionament de la cadena de rodets
La cadena de rodets sol estar composta de components bàsics com ara la placa interior de la cadena, la placa exterior de la cadena, l'eix del passador, el màniga i el rodet. El seu principi de funcionament és transmetre la potència i el moviment a través de l'engranatge de les dents del rodet i el pinyó. Durant el procés de transmissió, els diversos components de la cadena de rodets estan sotmesos a tensions complexes, com ara tensions de tracció, tensions de flexió, tensions de contacte i càrrega d'impacte. L'acció repetida d'aquestes tensions causarà danys per fatiga a la cadena de rodets i, en última instància, afectarà la seva vida útil a la fatiga.

2. Causes de la deformació de la soldadura
En el procés de fabricació de cadenes de rodets, la soldadura és un procés clau que s'utilitza per connectar la placa exterior de la cadena amb l'eix del passador i altres components. Tanmateix, la deformació de la soldadura és inevitable en el procés de soldadura. Les principals raons inclouen:
Entrada de calor de soldadura: Durant la soldadura, l'alta temperatura generada per l'arc farà que la soldadura s'escalfi localment i ràpidament, cosa que farà que el material s'expandeixi. Durant el procés de refredament després de la soldadura, la soldadura es contraurà. A causa de les velocitats d'escalfament i refredament inconsistents de la zona de soldadura i els materials circumdants, es generen tensions i deformacions de soldadura.
Restricció de rigidesa de la soldadura: Si la soldadura no està rígidament constreta durant el procés de soldadura, és més probable que es deformi sota l'acció de la tensió de soldadura. Per exemple, en soldar algunes plaques de cadena exteriors primes, si no hi ha una brida adequada per fixar-les, la placa de cadena es pot doblegar o torçar després de la soldadura.
Seqüència de soldadura irracional: Una seqüència de soldadura irracional comportarà una distribució desigual de la tensió de soldadura, cosa que al seu torn agreujarà el grau de deformació de la soldadura. Per exemple, en la soldadura de múltiples passos, si la soldadura no es realitza en l'ordre correcte, algunes parts de la soldadura poden estar sotmeses a una tensió de soldadura excessiva i deformar-se.
Paràmetres de soldadura incorrectes: La configuració incorrecta de paràmetres com el corrent de soldadura, el voltatge i la velocitat de soldadura també pot causar deformacions de la soldadura. Per exemple, si el corrent de soldadura és massa gran, la soldadura es sobreescalfarà, augmentant l'aportació de calor, resultant en una major deformació de la soldadura; si la velocitat de soldadura és massa lenta, la zona de soldadura romandrà massa temps, cosa que també augmentarà l'aportació de calor i provocarà deformacions.

3. El mecanisme de la influència de la deformació de la soldadura en la vida útil a fatiga de la cadena de rodets

Efecte de concentració d'estrès: La deformació de la soldadura provocarà una concentració d'estrès local en components com la placa exterior de la cadena de rodets. El nivell d'estrès a la zona de concentració d'estrès és molt més alt que en altres parts. Sota l'acció de l'estrès alternatiu, aquestes zones tenen més probabilitats de produir esquerdes de fatiga. Un cop s'inicia l'esquerda de fatiga, continuarà expandint-se sota l'acció de l'estrès, cosa que finalment farà que la placa exterior de la cadena es trenqui, cosa que farà que la cadena de rodets falli i reduirà la seva vida útil a la fatiga. Per exemple, els defectes de soldadura com ara les fissures i els socavaments a la placa exterior de la cadena després de la soldadura formaran una font de concentració d'estrès, accelerant la formació i l'expansió d'esquerdes de fatiga.

Desviació de la forma geomètrica i problemes de coincidència: la deformació de la soldadura pot causar desviacions en la geometria de la cadena de rodets, fent que sigui inconsistent amb altres components com ara els pinyons. Per exemple, la deformació per flexió de la placa d'enllaç exterior pot afectar la precisió general del pas de la cadena de rodets, provocant un mal engranament entre el rodet i les dents del pinyó. Durant el procés de transmissió, aquest mal engranament generarà càrregues d'impacte i tensions de flexió addicionals, agreujant el dany per fatiga dels diversos components de la cadena de rodets, reduint així la vida útil a la fatiga.
Canvis en les propietats del material: L'alta temperatura durant la soldadura i el procés de refredament posterior provocaran canvis en les propietats del material de la zona de soldadura. D'una banda, el material a la zona de soldadura afectada per la calor pot experimentar un engruiximent del gra, un enduriment, etc., cosa que resulta en una reducció de la tenacitat i la plasticitat del material, i és més propens a la fractura fràgil sota càrrega de fatiga. D'altra banda, la tensió residual generada per la deformació de la soldadura se superposarà a la tensió de treball, agreujant encara més l'estat de tensió del material, accelerant l'acumulació de danys per fatiga i afectant així la vida útil a fatiga de la cadena de rodets.

4. Anàlisi de la influència de la deformació de la soldadura en la vida útil a fatiga de les cadenes de rodets
Recerca experimental: A través d'un gran nombre d'estudis experimentals, es pot analitzar quantitativament la influència de la deformació de la soldadura en la vida a fatiga de les cadenes de rodets. Per exemple, els investigadors van dur a terme proves de vida a fatiga en cadenes de rodets amb diferents graus de deformació de la soldadura i van descobrir que quan la deformació de la soldadura de la placa d'enllaç exterior supera un cert límit, la vida a fatiga de la cadena de rodets es redueix significativament. Els resultats experimentals mostren que factors com la concentració d'estrès i els canvis en les propietats del material causats per la deformació de la soldadura escurcen la vida a fatiga de la cadena de rodets entre un 20% i un 50%. El grau específic d'influència depèn de la gravetat de la deformació de la soldadura i de les condicions de treball de la cadena de rodets.
Anàlisi de simulació numèrica: Amb l'ajuda de mètodes de simulació numèrica com l'anàlisi d'elements finits, es pot estudiar amb més profunditat la influència de la deformació de la soldadura en la vida útil a fatiga de la cadena de rodets. En establir un model d'elements finits de la cadena de rodets, considerant factors com els canvis de forma geomètrica, la distribució de tensions residuals i els canvis de propietats del material causats per la deformació de la soldadura, es simulen i analitzen la distribució de tensions i la propagació de fissures per fatiga de la cadena de rodets sota càrrega de fatiga. Els resultats de la simulació numèrica es verifiquen mútuament amb la investigació experimental, aclarint encara més el mecanisme i el grau d'influència de la deformació de la soldadura en la vida útil a fatiga de la cadena de rodets i proporcionant una base teòrica per optimitzar el procés de soldadura i el disseny estructural de la cadena de rodets.

5. Mesures per controlar la deformació de la soldadura i millorar la vida útil de la cadena de rodets
Optimitzar el procés de soldadura:
Trieu un mètode de soldadura adequat: els diferents mètodes de soldadura tenen diferents característiques d'aportació de calor i influència de la calor. Per exemple, en comparació amb la soldadura per arc, la soldadura amb gas protector té els avantatges d'una baixa entrada de calor, una alta velocitat de soldadura i una petita deformació de soldadura. Per tant, s'han de preferir mètodes de soldadura avançats com la soldadura amb gas protector en la soldadura de cadenes de rodets per reduir la deformació de la soldadura.
Ajust raonable dels paràmetres de soldadura: segons el material, la mida i altres factors de la cadena de rodets, el corrent de soldadura, el voltatge, la velocitat de soldadura i altres paràmetres es controlen amb precisió per evitar la deformació de la soldadura causada per paràmetres de soldadura excessius o massa petits. Per exemple, sota la premissa de garantir la qualitat de la soldadura, el corrent i el voltatge de soldadura es poden reduir adequadament per reduir l'aportació de calor de soldadura i així reduir la deformació de la soldadura.
Utilitzeu una seqüència de soldadura adequada: per a estructures de cadena de rodets amb múltiples passos de soldadura, la seqüència de soldadura s'ha d'organitzar raonablement de manera que la tensió de soldadura es pugui distribuir uniformement i es pugui reduir la concentració de tensió local. Per exemple, la seqüència de soldadura de soldadura simètrica i soldadura segmentada posterior pot controlar eficaçment la deformació de la soldadura.
Aplicació de fixacions: Dissenyar i utilitzar fixacions adequades és crucial per controlar la deformació de la soldadura de les cadenes de rodets. Abans de soldar, la soldadura es fixa fermament a la posició correcta mitjançant fixacions per limitar el seu moviment i deformació durant la soldadura. Per exemple, mitjançant l'ús del mètode de fixació rígida i l'aplicació de la força de subjecció adequada als dos extrems de la placa de la cadena exterior, es pot prevenir eficaçment la deformació per flexió durant la soldadura. Al mateix temps, després de la soldadura, la fixació també es pot utilitzar per corregir la soldadura per reduir encara més la deformació de la soldadura.
Tractament tèrmic i correcció posteriors a la soldadura: el tractament tèrmic posterior a la soldadura pot eliminar les tensions residuals de la soldadura i millorar les propietats del material de la zona de soldadura. Per exemple, un recuit adequat de la cadena de rodets pot refinar el gra del material a la zona de soldadura, reduir la duresa i la tensió residual del material i millorar la seva tenacitat i resistència a la fatiga. A més, per a les cadenes de rodets que ja han produït deformacions de soldadura, es pot utilitzar una correcció mecànica o una correcció de flama per restaurar-les a una forma propera al disseny i reduir l'impacte de la desviació de la forma geomètrica en la vida útil a la fatiga.

6. Conclusió
La deformació de la soldadura té un impacte significatiu en la vida útil a la fatiga de les cadenes de rodets. La concentració d'estrès, la desviació de la forma geomètrica i els problemes de coincidència, i els canvis en les propietats del material que genera acceleraran el dany per fatiga de les cadenes de rodets i reduiran la seva vida útil. Per tant, en el procés de fabricació de cadenes de rodets, s'han de prendre mesures efectives per controlar la deformació de la soldadura, com ara optimitzar la tecnologia de soldadura, utilitzar accessoris, realitzar tractaments tèrmics i correccions posteriors a la soldadura, etc. Mitjançant la implementació d'aquestes mesures, es pot millorar significativament la qualitat i la fiabilitat de les cadenes de rodets i es pot allargar la seva vida útil a la fatiga, garantint així el funcionament estable dels sistemes de transmissió i transport mecànics i proporcionant un fort suport a la producció i el desenvolupament d'indústries relacionades.