Análisis de la influencia de la deformación por soldadura en la vida por fatiga de la cadena de rodillos
Introducción
Como un componente básico importante ampliamente utilizado en varios sistemas de transmisión y transporte mecánicos, el rendimiento y la vida útil decadena de rodillosTienen un impacto vital en la confiabilidad y eficiencia operativa de todo el equipo. Entre los muchos factores que afectan la vida útil por fatiga de las cadenas de rodillos, la deformación por soldadura es un aspecto importante que no puede ignorarse. Este artículo analizará en profundidad el mecanismo, el grado de influencia y las medidas de control correspondientes de la deformación por soldadura en la vida útil por fatiga de las cadenas de rodillos. Con el objetivo de ayudar a los profesionales de las industrias relacionadas a comprender mejor este problema, a fin de tomar medidas efectivas para mejorar la calidad y confiabilidad de las cadenas de rodillos, prolongar su vida útil y garantizar el funcionamiento estable del sistema mecánico.
1. Estructura y principio de funcionamiento de la cadena de rodillos.
La cadena de rodillos suele estar compuesta por componentes básicos como la placa interior, la placa exterior, el eje del pasador, el manguito y el rodillo. Su principio de funcionamiento es transmitir potencia y movimiento mediante el engrane de los dientes del rodillo y la rueda dentada. Durante el proceso de transmisión, los diversos componentes de la cadena de rodillos se someten a tensiones complejas, como tensión de tracción, flexión, contacto e impacto. La acción repetida de estas tensiones causa daños por fatiga en la cadena de rodillos y, en última instancia, afecta su vida útil.
2. Causas de la deformación por soldadura
En la fabricación de cadenas de rodillos, la soldadura es un proceso clave para conectar la placa exterior de la cadena con el eje del pasador y otros componentes. Sin embargo, la deformación por soldadura es inevitable. Las principales razones incluyen:
Entrada de calor de soldadura: Durante la soldadura, la alta temperatura generada por el arco provoca un calentamiento local y rápido de la pieza soldada, lo que provoca la expansión del material. Durante el proceso de enfriamiento posterior a la soldadura, la pieza soldada se contrae. Debido a las velocidades variables de calentamiento y enfriamiento de la zona de soldadura y los materiales circundantes, se generan tensiones y deformaciones de soldadura.
Restricción de rigidez de la soldadura: Si la soldadura no se sujeta rígidamente durante el proceso de soldadura, es más probable que se deforme bajo la acción de la tensión de soldadura. Por ejemplo, al soldar placas de cadena exteriores delgadas, si no se utiliza una abrazadera adecuada para fijarlas, la placa de cadena podría doblarse o torcerse después de la soldadura.
Secuencia de soldadura inadecuada: Una secuencia de soldadura inadecuada provocará una distribución desigual de la tensión de soldadura, lo que a su vez agravará el grado de deformación de la soldadura. Por ejemplo, en la soldadura multipasada, si la soldadura no se realiza en el orden correcto, algunas partes de la soldadura pueden verse sometidas a una tensión de soldadura excesiva y deformarse.
Parámetros de soldadura inadecuados: Un ajuste incorrecto de parámetros como la corriente, el voltaje y la velocidad de soldadura también puede causar deformación. Por ejemplo, si la corriente de soldadura es demasiado alta, la pieza soldada se sobrecalentará, lo que aumentará el aporte de calor y provocará una mayor deformación. Si la velocidad de soldadura es demasiado lenta, la zona de soldadura permanecerá demasiado tiempo, lo que también aumentará el aporte de calor y causará deformación.
3. El mecanismo de influencia de la deformación por soldadura en la vida útil por fatiga de la cadena de rodillos.
Efecto de concentración de tensiones: La deformación por soldadura provoca una concentración local de tensiones en componentes como la placa exterior de la cadena de rodillos. El nivel de tensión en la zona de concentración es mucho mayor que en otras piezas. Bajo la acción de tensiones alternas, estas zonas son más propensas a producir grietas por fatiga. Una vez que la grieta por fatiga se inicia, continúa expandiéndose bajo la acción de la tensión, lo que eventualmente provoca la rotura de la placa exterior de la cadena, lo que provoca el fallo de la cadena de rodillos y reduce su vida útil por fatiga. Por ejemplo, los defectos de soldadura, como picaduras y socavaduras en la placa exterior de la cadena después de la soldadura, constituyen una fuente de concentración de tensiones, acelerando la formación y expansión de grietas por fatiga.
Desviación geométrica de la forma y problemas de acoplamiento: La deformación por soldadura puede causar desviaciones en la geometría de la cadena de rodillos, lo que provoca inconsistencias con otros componentes, como las ruedas dentadas. Por ejemplo, la deformación por flexión de la placa exterior del eslabón puede afectar la precisión general del paso de la cadena, causando un engrane deficiente entre el rodillo y los dientes de la rueda dentada. Durante la transmisión, este engrane deficiente genera cargas de impacto y tensiones de flexión adicionales, lo que agrava el daño por fatiga de los diversos componentes de la cadena de rodillos y reduce su vida útil.
Cambios en las propiedades del material: La alta temperatura durante la soldadura y el posterior proceso de enfriamiento provocará cambios en las propiedades del material en la zona de soldadura. Por un lado, el material en la zona de soldadura afectada por el calor puede experimentar engrosamiento del grano, endurecimiento, etc., lo que resulta en una menor tenacidad y plasticidad del material, y una mayor propensión a la fractura frágil bajo carga de fatiga. Por otro lado, la tensión residual generada por la deformación de la soldadura se superpondrá a la tensión de trabajo, agravando aún más el estado de tensión del material, acelerando la acumulación de daño por fatiga y, por lo tanto, afectando la vida útil por fatiga de la cadena de rodillos.
4. Análisis de la influencia de la deformación por soldadura en la vida por fatiga de las cadenas de rodillos.
Investigación experimental: Mediante numerosos estudios experimentales, se puede analizar cuantitativamente la influencia de la deformación por soldadura en la vida útil por fatiga de las cadenas de rodillos. Por ejemplo, investigadores realizaron pruebas de vida útil por fatiga en cadenas de rodillos con diferentes grados de deformación por soldadura y descubrieron que, cuando la deformación por soldadura de la placa exterior del eslabón supera un cierto límite, la vida útil por fatiga de la cadena se reduce significativamente. Los resultados experimentales muestran que factores como la concentración de tensiones y los cambios en las propiedades del material causados por la deformación por soldadura acortan la vida útil por fatiga de la cadena de rodillos entre un 20 % y un 50 %. El grado específico de influencia depende de la severidad de la deformación por soldadura y de las condiciones de trabajo de la cadena.
Análisis de simulación numérica: Mediante métodos de simulación numérica, como el análisis de elementos finitos, se puede estudiar con mayor profundidad la influencia de la deformación por soldadura en la vida útil por fatiga de la cadena de rodillos. Mediante el establecimiento de un modelo de elementos finitos de la cadena de rodillos, considerando factores como los cambios en la forma geométrica, la distribución de tensiones residuales y los cambios en las propiedades del material causados por la deformación por soldadura, se simulan y analizan la distribución de tensiones y la propagación de grietas por fatiga en la cadena de rodillos bajo carga de fatiga. Los resultados de la simulación numérica se verifican mutuamente con la investigación experimental, lo que aclara aún más el mecanismo y el grado de influencia de la deformación por soldadura en la vida útil por fatiga de la cadena de rodillos y proporciona una base teórica para optimizar el proceso de soldadura y el diseño estructural de la cadena de rodillos.
5. Medidas para controlar la deformación por soldadura y mejorar la vida útil por fatiga de la cadena de rodillos.
Optimizar el proceso de soldadura:
Elija un método de soldadura adecuado: Los diferentes métodos de soldadura tienen diferentes características de aporte de calor e influencia térmica. Por ejemplo, en comparación con la soldadura por arco, la soldadura con protección de gas ofrece las ventajas de un bajo aporte de calor, una alta velocidad de soldadura y una baja deformación. Por lo tanto, se recomiendan métodos de soldadura avanzados, como la soldadura con protección de gas, para la soldadura de cadenas de rodillos a fin de reducir la deformación.
Ajuste razonable de los parámetros de soldadura: Según el material, el tamaño y otros factores de la cadena de rodillos, la corriente, el voltaje, la velocidad y otros parámetros de soldadura se controlan con precisión para evitar la deformación causada por parámetros de soldadura excesivos o demasiado bajos. Por ejemplo, para garantizar la calidad de la soldadura, la corriente y el voltaje se pueden reducir adecuadamente para reducir el calor de soldadura y, por lo tanto, la deformación.
Utilice una secuencia de soldadura adecuada: En estructuras de cadenas de rodillos con múltiples pasadas de soldadura, la secuencia de soldadura debe organizarse de forma razonable para que la tensión de soldadura se distribuya uniformemente y se reduzca la concentración local de tensiones. Por ejemplo, la secuencia de soldadura simétrica y la soldadura posterior segmentada permiten controlar eficazmente la deformación de la soldadura.
Aplicación de fijaciones: El diseño y uso de fijaciones adecuadas es crucial para controlar la deformación por soldadura de las cadenas de rodillos. Antes de soldar, la pieza soldada se fija firmemente en la posición correcta mediante fijaciones para limitar su movimiento y deformación durante la soldadura. Por ejemplo, mediante el método de fijación rígida y la aplicación de la fuerza de sujeción adecuada en ambos extremos de la placa exterior de la cadena, se puede prevenir eficazmente la deformación por flexión durante la soldadura. Al mismo tiempo, después de soldar, la fijación también puede utilizarse para corregir la pieza soldada y reducir aún más la deformación.
Tratamiento térmico y corrección post-soldadura: El tratamiento térmico post-soldadura puede eliminar la tensión residual de la soldadura y mejorar las propiedades del material en la zona de soldadura. Por ejemplo, un recocido adecuado de la cadena de rodillos puede refinar el grano del material en la zona de soldadura, reducir la dureza y la tensión residual del material, y mejorar su tenacidad y resistencia a la fatiga. Además, en el caso de cadenas de rodillos que ya han sufrido deformación por soldadura, se puede aplicar corrección mecánica o corrección por llama para restaurarlas a una forma similar a la de diseño y reducir el impacto de la desviación geométrica en la resistencia a la fatiga.
6. Conclusión
La deformación por soldadura tiene un impacto significativo en la vida útil por fatiga de las cadenas de rodillos. La concentración de tensiones, la desviación geométrica y los problemas de adaptación, así como los cambios en las propiedades del material que esto genera, aceleran el daño por fatiga de las cadenas de rodillos y reducen su vida útil. Por lo tanto, en el proceso de fabricación de cadenas de rodillos, es fundamental implementar medidas efectivas para controlar la deformación por soldadura, como optimizar la tecnología de soldadura, usar accesorios, realizar tratamientos térmicos y correcciones posteriores a la soldadura, etc. Mediante la implementación de estas medidas, se puede mejorar significativamente la calidad y la confiabilidad de las cadenas de rodillos, y extender su vida útil por fatiga, garantizando así el funcionamiento estable de los sistemas de transmisión mecánica y transporte, y brindando un sólido apoyo a la producción y el desarrollo de las industrias relacionadas.
Hora de publicación: 04-jun-2025