تأثیر کنترل دما بر تغییر شکل در حین جوشکاری زنجیر غلتکی
مقدمه
در صنعت مدرن،زنجیر غلتکیزنجیر غلتکی یک قطعه مکانیکی است که به طور گسترده در سیستمهای انتقال و جابجایی استفاده میشود. کیفیت و عملکرد آن به طور مستقیم بر راندمان عملیاتی و قابلیت اطمینان تجهیزات مکانیکی تأثیر میگذارد. جوشکاری یکی از حلقههای کلیدی در فرآیند تولید زنجیرهای غلتکی است و کنترل دما در حین جوشکاری تأثیر حیاتی بر تغییر شکل زنجیرهای غلتکی دارد. این مقاله به طور عمیق مکانیسم تأثیر کنترل دما بر تغییر شکل در حین جوشکاری زنجیر غلتکی، انواع تغییر شکلهای رایج و اقدامات کنترلی آنها را بررسی خواهد کرد و هدف آن ارائه منابع فنی برای تولیدکنندگان زنجیر غلتکی و همچنین ارائه مبنایی برای کنترل کیفیت برای خریداران عمده بینالمللی است.
کنترل دما در حین جوشکاری زنجیر غلتکی
فرآیند جوشکاری اساساً فرآیندی از گرمایش و سرمایش موضعی است. در جوشکاری زنجیری غلتکی، معمولاً از جوشکاری قوسی، جوشکاری لیزری و سایر فناوریهای جوشکاری استفاده میشود و این روشهای جوشکاری منابع حرارتی با دمای بالا تولید میکنند. در حین جوشکاری، دمای جوش و ناحیه اطراف آن به سرعت افزایش یافته و سپس خنک میشود، در حالی که تغییر دمای ناحیه دور از جوش کم است. این توزیع دمای ناهموار باعث انبساط و انقباض حرارتی ناهموار ماده شده و در نتیجه باعث تغییر شکل میشود.
تأثیر دمای جوشکاری بر خواص مواد
دمای جوشکاری بیش از حد بالا ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد ماده شود و دانههای آن را درشت کند و در نتیجه خواص مکانیکی ماده مانند استحکام و چقرمگی را کاهش دهد. در عین حال، دمای بیش از حد بالا همچنین ممکن است باعث اکسیداسیون یا کربنیزاسیون سطح ماده شود و بر کیفیت جوشکاری و عملیات سطحی بعدی تأثیر بگذارد. در مقابل، دمای جوشکاری خیلی پایین ممکن است منجر به جوشکاری ناکافی، استحکام ناکافی جوش و حتی عیوبی مانند ذوب ناقص شود.
روش کنترل دمای جوشکاری
برای اطمینان از کیفیت جوشکاری، دمای جوشکاری باید به شدت کنترل شود. روشهای کنترل رایج عبارتند از:
پیش گرم کردن: پیش گرم کردن قطعاتی که قرار است از زنجیر غلتکی جوش داده شوند قبل از جوشکاری میتواند گرادیان دما را در حین جوشکاری کاهش داده و تنش حرارتی را کم کند.
کنترل دمای بین لایهها: در فرآیند جوشکاری چند لایه، پس از جوشکاری، دمای هر لایه را به شدت کنترل کنید تا از گرم شدن یا سرد شدن بیش از حد جلوگیری شود.
عملیات حرارتی پس از جوشکاری: پس از اتمام جوشکاری، قطعات جوشکاری شده تحت عملیات حرارتی مناسب مانند آنیل یا نرماله کردن قرار میگیرند تا تنش پسماند ایجاد شده در حین جوشکاری از بین برود.
انواع و علل تغییر شکل جوش
تغییر شکل جوشکاری یک پدیده اجتنابناپذیر در فرآیند جوشکاری است، به خصوص در قطعات نسبتاً پیچیده مانند زنجیرهای غلتکی. با توجه به جهت و شکل تغییر شکل، تغییر شکل جوشکاری را میتوان به انواع زیر تقسیم کرد:
تغییر شکل انقباضی طولی و عرضی
در طول فرآیند جوشکاری، جوش و نواحی اطراف آن هنگام گرم شدن منبسط و هنگام سرد شدن منقبض میشوند. به دلیل انقباض در جهت جوش و انقباض عرضی، قطعه جوشکاری شده تغییر شکل انقباضی طولی و عرضی ایجاد میکند. این تغییر شکل یکی از رایجترین انواع تغییر شکل پس از جوشکاری است و معمولاً تعمیر آن دشوار است، بنابراین باید قبل از جوشکاری با ایجاد سوراخهای دقیق و حفظ انقباض، کنترل شود.
تغییر شکل خمشی
تغییر شکل خمشی ناشی از انقباض طولی و عرضی جوش است. اگر توزیع جوش روی قطعه نامتقارن باشد یا توالی جوشکاری غیرمنطقی باشد، ممکن است قطعه جوش داده شده پس از خنک شدن خم شود.
تغییر شکل زاویهای
تغییر شکل زاویهای ناشی از شکل نامتقارن مقطع جوش یا لایههای جوش غیرمنطقی است. به عنوان مثال، در جوشکاری اتصال T شکل، انقباض در یک طرف جوش ممکن است باعث شود که صفحه جوش تغییر شکل انقباضی عرضی در اطراف جوش در جهت ضخامت ایجاد کند.
تغییر شکل موج
تغییر شکل موجی معمولاً در جوشکاری سازههای صفحهای نازک رخ میدهد. هنگامی که قطعه جوش داده شده تحت تنش فشاری ناشی از تنش داخلی جوشکاری ناپایدار باشد، ممکن است پس از جوشکاری موجدار به نظر برسد. این تغییر شکل بیشتر در جوشکاری اجزای صفحهای نازک زنجیرهای غلتکی رایج است.
مکانیسم تأثیر کنترل دما بر تغییر شکل جوشکاری
تأثیر کنترل دما در فرآیند جوشکاری بر تغییر شکل جوش عمدتاً در جنبههای زیر منعکس میشود:
انبساط و انقباض حرارتی
در حین جوشکاری، دمای جوش و نواحی اطراف آن افزایش مییابد و ماده منبسط میشود. پس از اتمام جوشکاری، این نواحی سرد و منقبض میشوند، در حالی که تغییر دمای ناحیه دور از جوش کم است و انقباض نیز کم است. این انبساط و انقباض حرارتی ناهموار باعث تغییر شکل جوش میشود. با کنترل دمای جوشکاری، میتوان این ناهمواری را کاهش داد و در نتیجه درجه تغییر شکل را کاهش داد.
تنش حرارتی
توزیع ناهموار دما در حین جوشکاری باعث ایجاد تنش حرارتی میشود. تنش حرارتی یکی از دلایل اصلی تغییر شکل جوش است. وقتی دمای جوشکاری خیلی بالا باشد یا سرعت خنک شدن خیلی سریع باشد، تنش حرارتی به طور قابل توجهی افزایش مییابد و در نتیجه تغییر شکل بیشتری ایجاد میشود.
تنش پسماند
پس از اتمام جوشکاری، مقدار مشخصی تنش در داخل قطعه جوش باقی میماند که به آن تنش پسماند میگویند. تنش پسماند یکی از عوامل ذاتی تغییر شکل جوشکاری است. از طریق کنترل دمای معقول، میتوان تولید تنش پسماند را کاهش داد و در نتیجه تغییر شکل جوشکاری را کاهش داد.
اقدامات کنترلی برای تغییر شکل جوشکاری
به منظور کاهش تغییر شکل جوش، علاوه بر کنترل دقیق دمای جوش، میتوان اقدامات زیر را نیز انجام داد:
طراحی منطقی توالی جوشکاری
ترتیب جوشکاری تأثیر زیادی بر تغییر شکل جوش دارد. یک ترتیب جوشکاری معقول میتواند به طور مؤثر تغییر شکل جوش را کاهش دهد. به عنوان مثال، برای جوشهای طولانی، میتوان از روش جوشکاری معکوس قطعهای یا روش جوشکاری بدون وقفه برای کاهش تجمع گرما و تغییر شکل در حین جوشکاری استفاده کرد.
روش تثبیت سفت و سخت
در طول فرآیند جوشکاری، میتوان از روش تثبیت صلب برای محدود کردن تغییر شکل قطعه جوش داده شده استفاده کرد. به عنوان مثال، از یک گیره یا تکیهگاه برای ثابت کردن قطعه جوش داده شده در جای خود استفاده میشود تا در حین جوشکاری به راحتی تغییر شکل ندهد.
روش ضد تغییر شکل
روش ضد تغییر شکل، اعمال تغییر شکلی مخالف تغییر شکل جوشکاری به قطعه جوش داده شده از قبل است تا تغییر شکل ایجاد شده در حین جوشکاری را جبران کند. این روش نیاز به تخمین و تنظیم دقیق طبق قانون و درجه تغییر شکل جوشکاری دارد.
عملیات پس از جوشکاری
پس از جوشکاری، میتوان قطعه جوش داده شده را به درستی تحت عملیات تکمیلی مانند چکشکاری، ارتعاش یا عملیات حرارتی قرار داد تا تنش پسماند و تغییر شکل ایجاد شده در حین جوشکاری از بین برود.
تحلیل موردی: کنترل دما و تغییر شکل جوش زنجیر غلتکی
در ادامه یک مورد واقعی ارائه شده است که نشان میدهد چگونه میتوان کیفیت جوشکاری زنجیرهای غلتکی را از طریق کنترل دما و اقدامات کنترل تغییر شکل بهبود بخشید.
پیشینه
یک شرکت تولیدکننده زنجیر غلتکی، دستهای از زنجیرهای غلتکی را برای سیستمهای انتقال تولید میکند که نیاز به کیفیت جوشکاری بالا و تغییر شکل کم در جوش دارند. در تولید اولیه، به دلیل کنترل نامناسب دمای جوشکاری، برخی از زنجیرهای غلتکی خم شده و با زاویه تغییر شکل دادند که بر کیفیت و عمر مفید محصول تأثیر گذاشت.
راه حل
بهینهسازی کنترل دما:
قبل از جوشکاری، زنجیر غلتکی که قرار است جوش داده شود، پیش گرم میشود و دمای پیش گرم شدن با توجه به ضریب انبساط حرارتی ماده و الزامات فرآیند جوشکاری، ۱۵۰ درجه سانتیگراد تعیین میشود.
در طول فرآیند جوشکاری، جریان جوشکاری و سرعت جوشکاری به شدت کنترل میشوند تا اطمینان حاصل شود که دمای جوشکاری در محدوده مناسب قرار دارد.
پس از جوشکاری، قطعه جوشکاری شده تحت عملیات حرارتی پس از جوشکاری قرار میگیرد و فرآیند آنیلینگ انجام میشود. دما روی ۶۵۰ درجه سانتیگراد کنترل میشود و زمان عایقبندی با توجه به ضخامت زنجیر غلتکی ۱ ساعت تعیین میشود.
اقدامات کنترل تغییر شکل:
روش جوشکاری معکوس قطعه قطعه برای جوشکاری استفاده میشود و طول هر بخش جوشکاری در محدوده ۱۰۰ میلیمتر کنترل میشود تا تجمع گرما در حین جوشکاری کاهش یابد.
در طول فرآیند جوشکاری، زنجیر غلتکی با گیره در جای خود ثابت میشود تا از تغییر شکل جوشکاری جلوگیری شود.
پس از جوشکاری، قطعه جوشکاری شده چکش کاری میشود تا تنش پسماند ایجاد شده در حین جوشکاری از بین برود.
نتیجه
از طریق اقدامات فوق، کیفیت جوشکاری زنجیر غلتکی به طور قابل توجهی بهبود یافته است. تغییر شکل جوشکاری به طور موثر کنترل شده و میزان تغییر شکل خمشی و تغییر شکل زاویه ای بیش از 80٪ کاهش یافته است. در عین حال، استحکام و چقرمگی قطعات جوشکاری تضمین شده و عمر مفید محصول 30٪ افزایش یافته است.
نتیجهگیری
تأثیر کنترل دما بر تغییر شکل در حین جوشکاری زنجیر غلتکی چند وجهی است. با کنترل معقول دمای جوشکاری، میتوان تغییر شکل جوشکاری را به طور مؤثر کاهش داد و کیفیت جوش را بهبود بخشید. در عین حال، با ترکیب توالی جوشکاری معقول، روش تثبیت سفت و سخت، روش ضد تغییر شکل و اقدامات درمانی پس از جوشکاری، میتوان اثر جوشکاری زنجیر غلتکی را بیشتر بهینه کرد.
زمان ارسال: 9 ژوئیه 2025