Jak snížit zbytkové napětí válečkového řetězu po svařování

Jak snížit zbytkové napětí válečkového řetězu po svařování
Ve výrobním procesu válečkových řetězů je svařování klíčovým procesem. Po svařování však ve válečkových řetězech často přetrvává zbytkové napětí. Pokud nebudou přijata účinná opatření k jeho snížení, bude to mít mnoho nepříznivých dopadů na kvalitu a výkon.válečkový řetěz, jako je snížení jeho únavové pevnosti, způsobení deformace a dokonce i lomu, což ovlivňuje normální používání a životnost válečkových řetězů v různých mechanických zařízeních. Proto je velmi důležité důkladně studovat a zvládnout metody snižování zbytkového napětí při svařování válečkových řetězů.

1. Příčiny zbytkového napětí
Během svařování je svařovaná část válečkového řetězu vystavena nerovnoměrnému ohřevu a ochlazování. Během svařování teplota svaru a okolní oblasti prudce stoupá a kovový materiál se roztahuje; během procesu ochlazování je smrštění kovu v těchto oblastech omezeno okolním neohřátým kovem, čímž vzniká zbytkové svařovací napětí.
Omezovací podmínky během svařování také ovlivní velikost a rozložení zbytkového napětí. Pokud je válečkový řetěz během svařování silně omezen, tj. stupeň pevné nebo omezené deformace je velký, pak se během procesu ochlazování po svařování odpovídajícím způsobem zvýší zbytkové napětí způsobené nemožností volného smrštění.
Nelze ignorovat faktory samotného kovového materiálu. Různé materiály mají různé tepelné, fyzikální a mechanické vlastnosti, což vede k různé tepelné roztažnosti, smrštění a mezi kluzu materiálů během svařování, a tím ovlivňuje vznik zbytkového napětí. Například některé vysokopevnostní legované oceli mají vysokou mez kluzu a jsou náchylné k vytváření velkého zbytkového napětí během svařování.

2. Metody pro snížení zbytkového napětí při svařování válečkových řetězů

(I) Optimalizace svařovacího procesu

Rozumné uspořádání posloupnosti svařování: U svařování válečkových řetězů by se měly nejprve svařovat svary s velkým smrštěním a svary s malým smrštěním později. To umožňuje, aby se svar během svařování volněji smršťoval, což snižuje zbytkové napětí způsobené omezeným smrštěním svaru. Například při svařování vnitřní a vnější řetězové desky válečkového řetězu se nejprve svařuje vnitřní řetězová deska a po vychladnutí se svařuje vnější řetězová deska, aby svar vnitřní řetězové desky nebyl při smršťování příliš omezen vnější řetězovou deskou.

Používejte vhodné metody a parametry svařování: Různé metody svařování mají různá zbytková napětí na válečkových řetězech. Například svařování v ochranné atmosféře plynu může do určité míry zmenšit tepelně ovlivněnou zónu ve srovnání s některými tradičními metodami svařování díky koncentrovanému teplu oblouku a vysoké tepelné účinnosti, čímž se snižuje zbytkové napětí. Zároveň je také důležité rozumně zvolit parametry, jako je svařovací proud, napětí a rychlost svařování. Nadměrný svařovací proud povede k nadměrnému provaření svaru a nadměrnému přívodu tepla, což způsobí přehřátí svarového spoje a zvýšení zbytkového napětí; zatímco vhodné parametry svařování mohou stabilizovat proces svařování, snížit vady svařování a tím snížit zbytkové napětí.
Řízení teploty mezivrstvy: Při svařování válečkových řetězů ve více vrstvách a více vrstvách je řízení teploty mezivrstvy účinným opatřením ke snížení zbytkového napětí. Vhodná teplota mezivrstvy může udržet kov svaru a tepelně ovlivněné zóny v dobré plasticitě během svařovacího procesu, což přispívá ke smrštění svaru a uvolnění napětí. Obecně by měla být teplota mezivrstvy stanovena podle vlastností materiálů použitých ve válečkovém řetězu a požadavků svařovacího procesu a teplota během svařovacího procesu by měla být měřena a řízena, aby se zajistilo, že teplota mezivrstvy je v příslušném rozmezí.
(II) Přijměte vhodná opatření pro předehřívání a dohřívání svařování
Předehřev: Před svařováním válečkového řetězu může předehřev svařence účinně snížit zbytkové pnutí při svařování. Předehřev může snížit teplotní rozdíl svarového spoje a zajistit rovnoměrnější rozložení teploty svařence během svařování, čímž se sníží tepelné namáhání způsobené teplotním gradientem. Předehřev může navíc také zvýšit počáteční teplotu svařence, snížit teplotní rozdíl mezi svarovým kovem a základním materiálem, zlepšit vlastnosti svarového spoje, snížit vznik vad svařování a tím snížit zbytkové pnutí. Stanovení teploty předehřevu by mělo být založeno na složení, tloušťce, metodě svařování a okolní teplotě materiálu válečkového řetězu.
Dodatečný ohřev: Dodatečné tepelné zpracování po svařování, tj. dehydrogenační zpracování, je také jedním z důležitých prostředků ke snížení zbytkového napětí při svařování válečkových řetězů. Dodatečné tepelné zpracování obvykle ohřeje svařenec na přibližně 250-350 °C ihned po dokončení svařování a ochlazení na určitou teplotu a poté po určité době udržování v teple pomalu ochlazuje. Hlavní funkcí dodatečného ohřevu je urychlit difúzi a únik atomů vodíku ve svaru a tepelně ovlivněné zóně, snížit obsah vodíku ve svařovaném spoji, a tím snížit možnost vzniku vodíkem vyvolaného korozního praskání v důsledku napětí, a také pomoci zmírnit zbytkové napětí při svařování. Dodatečné tepelné zpracování je obzvláště důležité pro svařování některých vysokopevnostních ocelí a silnostěnných válečkových řetězů.
(III) Proveďte tepelné zpracování po svařování
Celkové vysokoteplotní popouštění: Celý válečkový řetěz se umístí do topné pece, pomalu se zahřeje na přibližně 600–700 °C, po určitou dobu se udržuje v teple a poté se v peci ochladí na pokojovou teplotu. Toto celkové vysokoteplotní popouštění dokáže účinně eliminovat zbytkové napětí ve válečkovém řetězu, obvykle lze eliminovat 80–90 % zbytkového napětí. Teplota a doba vysokoteplotního popouštění by měly být přesně řízeny podle faktorů, jako je materiál, velikost a výkonnostní požadavky válečkového řetězu, aby se zajistil účinek a kvalita tepelného zpracování. Celkové vysokoteplotní popouštění však vyžaduje větší zařízení pro tepelné zpracování a náklady na zpracování jsou relativně vysoké, ale u některých válečkových řetězů s přísnými požadavky na zbytkové napětí je to ideální metoda k odstranění zbytkového napětí.
Lokální vysokoteplotní popouštění: Pokud je válečkový řetěz velký nebo má složitý tvar a celkové vysokoteplotní popouštění je obtížné, lze použít lokální vysokoteplotní popouštění. Lokální vysokoteplotní popouštění spočívá v ohřevu pouze svaru válečkového řetězu a lokální oblasti v jeho blízkosti, aby se eliminovalo zbytkové napětí v dané oblasti. Ve srovnání s celkovým vysokoteplotním popouštěním má lokální vysokoteplotní popouštění relativně nižší požadavky na vybavení a náklady na zpracování, ale jeho účinek na odstranění zbytkového napětí není tak důkladný jako u celkového vysokoteplotního popouštění. Při provádění lokálního vysokoteplotního popouštění je třeba věnovat pozornost rovnoměrnosti ohřevné oblasti a regulaci teploty ohřevu, aby se zabránilo nové koncentraci napětí nebo jiným problémům s kvalitou způsobeným lokálním přehřátím nebo nerovnoměrnou teplotou.
(IV) Metoda mechanického natahování
Metoda mechanického natahování spočívá v aplikaci tažné síly na válečkový řetěz po svařování, která vyvolá plastickou deformaci, čímž se kompenzuje zbytková tlaková deformace vzniklá během svařovacího procesu a dosahuje se cíle snížení zbytkového napětí. V reálném provozu lze k nastavení vhodné tažné síly a rychlosti natahování podle specifikací a výkonnostních požadavků válečkového řetězu použít speciální natahovací zařízení, aby se válečkový řetěz rovnoměrně natáhl. Tato metoda má dobrý vliv na některé výrobky z válečkových řetězů, které vyžadují přesnou kontrolu rozměrů a eliminaci zbytkového napětí, ale vyžaduje odpovídající natahovací zařízení a profesionální obsluhu a má určité požadavky na výrobní pracoviště a procesní podmínky.
(V) Metoda teplotního rozdílu protahování
Základním principem metody teplotního rozdílu je využití teplotního rozdílu generovaného lokálním ohřevem k vyvolání tahové deformace ve svarové oblasti, čímž se snižuje zbytkové napětí. Specifická operace spočívá v použití autogenního hořáku k ohřevu každé strany svaru válečkového řetězu a současně v použití vodní trubky s řadou otvorů ke stříkání vody pro chlazení v určité vzdálenosti za hořákem. Tímto způsobem se na obou stranách svaru vytvoří oblast s vysokou teplotou, zatímco teplota svařované oblasti je nízká. Kov na obou stranách se vlivem tepla roztahuje a natahuje svarovou oblast s nižší teplotou, čímž se dosahuje cíle eliminace zbytkového napětí při svařování. Zařízení pro metodu teplotního rozdílu je relativně jednoduché a snadno se ovládá. Lze jej flexibilně použít na staveništi nebo ve výrobě, ale jeho účinek eliminace zbytkového napětí je výrazně ovlivněn parametry, jako je teplota ohřevu, rychlost chlazení a vzdálenost stříkání vody. Je nutné jej přesně řídit a nastavovat podle skutečných podmínek.
(VI) Ošetření vibračním stárnutím
Vibrační stárnutí využívá účinek mechanické energie vibrací k rezonanci válečkového řetězu, čímž se homogenizuje a snižuje zbytkové napětí uvnitř obrobku. Válečkový řetěz je umístěn na speciálním zařízení pro vibrační stárnutí a frekvence a amplituda budiče se upravují tak, aby válečkový řetěz rezonoval po určitou dobu. Během rezonančního procesu se kovová zrna uvnitř válečkového řetězu prokluzují a přeskupují, zlepšuje se mikrostruktura a zbytkové napětí se postupně snižuje. Vibrační stárnutí má výhody jednoduchého zařízení, krátké doby zpracování, nízkých nákladů, vysoké účinnosti atd. a neovlivňuje kvalitu povrchu válečkového řetězu. Proto se široce používá při výrobě válečkových řetězů. Obecně řečeno, vibrační stárnutí může eliminovat asi 30 % – 50 % zbytkového napětí při svařování válečkových řetězů. U některých výrobků z válečkových řetězů, které nevyžadují obzvláště vysoké zbytkové napětí, je vibrační stárnutí ekonomickou a účinnou metodou pro eliminaci zbytkového napětí.
(VII) Metoda kladiva
Metoda zatloukání je jednoduchá a běžně používaná metoda ke snížení zbytkového napětí při svařování. Po svařování válečkového řetězu, když je teplota svaru 100–150 °C nebo vyšší než 400 °C, se malým kladivem rovnoměrně poklepe na svar a jeho přilehlé oblasti, aby se způsobila lokální plastická deformace kovu a tím se snížilo zbytkové napětí. Je třeba poznamenat, že během procesu zatloukání je třeba se vyhnout teplotnímu rozsahu 200–300 °C, protože kov je v tomto okamžiku v křehkém stádiu a zatloukání může snadno způsobit praskání svaru. Kromě toho by síla a frekvence zatloukání měla být mírná a měla by být upravena podle faktorů, jako je tloušťka válečkového řetězu a velikost svaru, aby se zajistil účinek a kvalita zatloukání. Metoda zatloukání je obvykle vhodná pro některé malé, jednoduché svařence válečkových řetězů. U velkých nebo složitých svařenců válečkových řetězů může být účinek metody zatloukání omezený a je nutné ji použít v kombinaci s jinými metodami.

3. Jak vybrat vhodnou metodu pro snížení zbytkového napětí
V reálné výrobě je nutné v závislosti na různých situacích a požadavcích na válečkový řetěz komplexně zvážit výhody a nevýhody, rozsah použití, náklady a další faktory různých metod snižování zbytkového napětí, aby bylo možné zvolit vhodnou metodu zpracování. Například pro některé vysoce přesné, vysoce pevné a silnostěnné válečkové řetězy může být nejlepší volbou celkové popouštění za vysoké teploty; zatímco pro některé velké série a jednoduché tvary válečkových řetězů může vibrační stárnutí nebo metoda kladiva účinně snížit výrobní náklady a zvýšit efektivitu výroby. Zároveň je při výběru metody ke snížení zbytkového napětí nutné plně zvážit také prostředí použití a pracovní podmínky válečkového řetězu, aby se zajistilo, že zvolená metoda splňuje výkonnostní požadavky a standardy kvality válečkového řetězu v reálném provozu.
4. Úloha snižování zbytkového napětí při zlepšování kvality a výkonu válečkových řetězů
Snížení zbytkového napětí při svařování může výrazně zlepšit únavovou pevnost válečkových řetězů. Když se zbytkové tahové napětí ve válečkovém řetězu sníží nebo eliminuje, sníží se odpovídajícím způsobem i skutečná úroveň napětí, kterou nese během provozu, čímž se snižuje riziko lomu způsobeného vznikem a rozšířením únavových trhlin a prodlužuje se životnost válečkového řetězu.
Pomáhá zlepšit rozměrovou stabilitu a tvarovou přesnost válečkového řetězu. Nadměrné zbytkové napětí může způsobit deformaci válečkového řetězu během používání, což ovlivňuje jeho přesnost shody s ozubenými koly a dalšími součástmi, a tím ovlivňuje normální provoz mechanických zařízení. Snížením zbytkového napětí si válečkový řetěz může během používání udržet dobrou rozměrovou stabilitu a tvarovou přesnost a zlepšit spolehlivost a přesnost převodu.
Může snížit tendenci válečkových řetězů ke koroznímu praskání v korozivním prostředí. Zbytkové tahové napětí zvýší citlivost válečkových řetězů na korozní praskání v korozivním prostředí a snížení zbytkového napětí může toto riziko účinně snížit, zlepšit korozní odolnost válečkových řetězů v náročných prostředích a rozšířit rozsah jejich použití.