چگونه تنش پسماند زنجیر غلتکی را پس از جوشکاری کاهش دهیم؟

چگونه تنش پسماند زنجیر غلتکی را پس از جوشکاری کاهش دهیم؟
در فرآیند تولید و ساخت زنجیر غلتکی، جوشکاری یک فرآیند کلیدی است. با این حال، اغلب پس از جوشکاری، تنش پسماند در زنجیر غلتکی وجود خواهد داشت. اگر اقدامات موثری برای کاهش آن انجام نشود، اثرات نامطلوب زیادی بر کیفیت و عملکرد زنجیر خواهد داشت.زنجیر غلتکیمانند کاهش استحکام خستگی آن، ایجاد تغییر شکل و حتی شکستگی، که در نتیجه بر استفاده عادی و عمر زنجیر غلتکی در تجهیزات مکانیکی مختلف تأثیر می‌گذارد. بنابراین، مطالعه عمیق و تسلط بر روش‌های کاهش تنش پسماند جوشکاری زنجیر غلتکی بسیار مهم است.

۱. علل تنش پسماند
در طول فرآیند جوشکاری، قسمت جوش زنجیر غلتکی تحت گرمایش و سرمایش ناهموار قرار می‌گیرد. در طول جوشکاری، دمای جوش و ناحیه اطراف آن به سرعت افزایش می‌یابد و ماده فلزی منبسط می‌شود؛ و در طول فرآیند خنک‌سازی، انقباض فلز در این نواحی توسط فلز گرم نشده اطراف محدود می‌شود و در نتیجه تنش پسماند جوشکاری ایجاد می‌شود.
شرایط محدودیت در حین جوشکاری نیز بر اندازه و توزیع تنش پسماند تأثیر می‌گذارد. اگر زنجیر غلتکی در حین جوشکاری به شدت محدود شده باشد، یعنی درجه تغییر شکل ثابت یا محدود شده زیاد باشد، در طی فرآیند خنک شدن پس از جوشکاری، تنش پسماند ناشی از عدم توانایی در انقباض آزادانه نیز به طور متناسب افزایش می‌یابد.
عوامل مربوط به خود ماده فلزی را نمی‌توان نادیده گرفت. مواد مختلف خواص فیزیکی و مکانیکی حرارتی متفاوتی دارند که منجر به انبساط حرارتی، انقباض و استحکام تسلیم متفاوت مواد در حین جوشکاری می‌شود و در نتیجه بر ایجاد تنش پسماند تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، برخی از فولادهای آلیاژی با استحکام بالا استحکام تسلیم بالایی دارند و مستعد ایجاد تنش پسماند زیاد در حین جوشکاری هستند.

۲. روش‌های کاهش تنش پسماند در جوشکاری زنجیر غلتکی

(۱) بهینه‌سازی فرآیند جوشکاری

ترتیب جوشکاری را به طور معقول تنظیم کنید: برای جوشکاری زنجیر غلتکی، ابتدا باید جوش‌هایی با انقباض زیاد و سپس جوش‌هایی با انقباض کم جوش داده شوند. این امر به جوش اجازه می‌دهد تا در حین جوشکاری آزادانه‌تر انقباض یابد و تنش پسماند ناشی از انقباض محدود جوش را کاهش دهد. به عنوان مثال، هنگام جوشکاری صفحات زنجیر داخلی و خارجی یک زنجیر غلتکی، ابتدا صفحه زنجیر داخلی جوش داده می‌شود و سپس صفحه زنجیر خارجی پس از خنک شدن جوش داده می‌شود، به طوری که جوش صفحه زنجیر داخلی هنگام انقباض بیش از حد توسط صفحه زنجیر خارجی محدود نشود.

از روش‌ها و پارامترهای جوشکاری مناسب استفاده کنید: روش‌های مختلف جوشکاری، تنش‌های پسماند متفاوتی روی زنجیرهای غلتکی دارند. به عنوان مثال، جوشکاری با گاز محافظ می‌تواند به دلیل گرمای قوس متمرکز و راندمان حرارتی بالا، منطقه تحت تأثیر حرارت را در مقایسه با برخی از روش‌های جوشکاری سنتی تا حدودی کاهش دهد و در نتیجه تنش پسماند را کاهش دهد. در عین حال، انتخاب منطقی پارامترهایی مانند جریان جوشکاری، ولتاژ و سرعت جوشکاری نیز بسیار مهم است. جریان جوشکاری بیش از حد منجر به نفوذ بیش از حد جوش و ورود گرمای بیش از حد می‌شود که باعث گرم شدن بیش از حد محل اتصال جوش و افزایش تنش پسماند می‌شود. در حالی که پارامترهای جوشکاری مناسب می‌توانند فرآیند جوشکاری را پایدارتر کنند، عیوب جوشکاری را کاهش دهند و در نتیجه تنش پسماند را کاهش دهند.
کنترل دمای بین لایه‌ای: هنگام جوشکاری زنجیرهای غلتکی در چندین لایه و چندین پاس، کنترل دمای بین لایه‌ای یک اقدام مؤثر برای کاهش تنش پسماند است. دمای بین لایه‌ای مناسب می‌تواند فلز جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت را در طول فرآیند جوشکاری در حالت پلاستیسیته خوب نگه دارد، که این امر منجر به انقباض جوش و آزادسازی تنش می‌شود. به طور کلی، دمای بین لایه‌ای باید با توجه به خواص مواد مورد استفاده در زنجیر غلتکی و الزامات فرآیند جوشکاری تعیین شود و دما در طول فرآیند جوشکاری باید اندازه‌گیری و کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که دمای بین لایه‌ای در محدوده مناسب قرار دارد.
(II) اقدامات مناسب پیش گرمایش و پس گرمایش جوشکاری را اتخاذ کنید
پیش گرمایش: قبل از جوشکاری زنجیر غلتکی، پیش گرمایش قطعه جوشکاری شده می‌تواند به طور موثری تنش پسماند جوشکاری را کاهش دهد. پیش گرمایش می‌تواند اختلاف دمای اتصال جوش را کاهش داده و توزیع دمای قطعه جوشکاری شده را در حین جوشکاری یکنواخت‌تر کند و در نتیجه تنش حرارتی ناشی از گرادیان دما را کاهش دهد. علاوه بر این، پیش گرمایش همچنین می‌تواند دمای اولیه قطعه جوشکاری شده را افزایش دهد، اختلاف دمای بین فلز جوش و ماده پایه را کاهش دهد، عملکرد اتصال جوشکاری شده را بهبود بخشد، ایجاد عیوب جوشکاری را کاهش دهد و در نتیجه تنش پسماند را کاهش دهد. تعیین دمای پیش گرمایش باید بر اساس ترکیب، ضخامت، روش جوشکاری و دمای محیط ماده زنجیر غلتکی باشد.
پسگرمایش: عملیات پسگرمایی پس از جوشکاری، یعنی عملیات هیدروژن‌زدایی، نیز یکی از روش‌های مهم برای کاهش تنش پسماند جوشکاری زنجیر غلتکی است. عملیات پسگرمایی معمولاً بلافاصله پس از اتمام جوشکاری، قطعه جوش داده شده را تا حدود ۲۵۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد گرم می‌کند و تا دمای خاصی خنک می‌کند و سپس پس از گرم نگه داشتن برای مدت زمان مشخصی، به آرامی خنک می‌کند. عملکرد اصلی پسگرمایش، تسریع انتشار و فرار اتم‌های هیدروژن در جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت، کاهش محتوای هیدروژن در قطعه جوش داده شده و در نتیجه کاهش احتمال ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی هیدروژن و همچنین کمک به کاهش تنش پسماند جوشکاری است. عملیات پسگرمایی به ویژه برای جوشکاری برخی از فولادهای با استحکام بالا و زنجیرهای غلتکی با دیواره ضخیم اهمیت دارد.
(III) انجام عملیات حرارتی پس از جوشکاری
بازپخت کلی در دمای بالا: کل زنجیر غلتکی را در یک کوره گرمایشی قرار دهید، آن را به آرامی تا حدود 600-700 درجه سانتیگراد گرم کنید، آن را برای مدت زمان مشخصی گرم نگه دارید و سپس با کوره تا دمای اتاق خنک کنید. این عملیات بازپخت کلی در دمای بالا می‌تواند به طور موثر تنش پسماند در زنجیر غلتکی را از بین ببرد، معمولاً 80 تا 90 درصد تنش پسماند را می‌توان از بین برد. دما و زمان بازپخت دمای بالا باید با توجه به عواملی مانند جنس، اندازه و الزامات عملکرد زنجیر غلتکی به طور دقیق کنترل شود تا اثر و کیفیت عملیات حرارتی تضمین شود. با این حال، عملیات بازپخت کلی در دمای بالا به تجهیزات عملیات حرارتی بزرگتری نیاز دارد و هزینه عملیات نسبتاً بالا است، اما برای برخی از محصولات زنجیر غلتکی با الزامات سختگیرانه در مورد تنش پسماند، این یک روش ایده‌آل برای از بین بردن تنش پسماند است.
بازپخت موضعی در دمای بالا: وقتی زنجیر غلتکی اندازه بزرگ یا شکل پیچیده‌ای دارد و بازپخت کلی در دمای بالا دشوار است، می‌توان از بازپخت موضعی در دمای بالا استفاده کرد. بازپخت موضعی در دمای بالا به این صورت است که فقط جوش زنجیر غلتکی و ناحیه محلی نزدیک آن گرم می‌شود تا تنش پسماند در آن ناحیه از بین برود. در مقایسه با بازپخت کلی در دمای بالا، بازپخت موضعی در دمای بالا نیاز به تجهیزات و هزینه‌های پردازش نسبتاً کمتری دارد، اما تأثیر آن در از بین بردن تنش پسماند به اندازه بازپخت کلی در دمای بالا کامل نیست. هنگام انجام بازپخت موضعی در دمای بالا، باید به یکنواختی ناحیه گرمایش و کنترل دمای گرمایش توجه شود تا از تمرکز تنش جدید یا سایر مشکلات کیفی ناشی از گرمای بیش از حد موضعی یا دمای ناهموار جلوگیری شود.
(IV) روش کشش مکانیکی
روش کشش مکانیکی عبارت است از اعمال نیروی کششی به زنجیر غلتکی پس از جوشکاری برای ایجاد تغییر شکل پلاستیک، در نتیجه جبران تغییر شکل پسماند فشاری ایجاد شده در طول فرآیند جوشکاری و دستیابی به هدف کاهش تنش پسماند. در عملیات واقعی، می‌توان از تجهیزات کشش ویژه برای تنظیم نیروی کششی و سرعت کشش مناسب مطابق با مشخصات و الزامات عملکرد زنجیر غلتکی برای کشش یکنواخت زنجیر غلتکی استفاده کرد. این روش تأثیر خوبی بر برخی از محصولات زنجیر غلتکی دارد که نیاز به کنترل دقیق اندازه و حذف تنش پسماند دارند، اما باید به تجهیزات کشش مربوطه و اپراتورهای حرفه‌ای مجهز باشد و الزامات خاصی برای سایت‌های تولید و شرایط فرآیند دارد.
(V) روش کشش اختلاف دما
اصل اساسی روش کشش اختلاف دما، استفاده از اختلاف دمای ایجاد شده توسط گرمایش موضعی برای ایجاد تغییر شکل کششی در ناحیه جوش و در نتیجه کاهش تنش پسماند است. عملیات خاص، استفاده از مشعل اکسی استیلن برای گرم کردن هر طرف جوش زنجیر غلتکی و همزمان استفاده از یک لوله آب با ردیفی از سوراخ‌ها برای پاشش آب برای خنک شدن در فاصله مشخصی پشت مشعل است. به این ترتیب، یک ناحیه با دمای بالا در دو طرف جوش تشکیل می‌شود، در حالی که دمای ناحیه جوش پایین است. فلز در دو طرف به دلیل گرما منبسط می‌شود و ناحیه جوش را با دمای پایین‌تری می‌کشد و در نتیجه به هدف از بین بردن مقداری از تنش پسماند جوشکاری دست می‌یابد. تجهیزات روش کشش اختلاف دما نسبتاً ساده و آسان برای کار هستند. می‌توان آن را به صورت انعطاف‌پذیر در محل ساخت و ساز یا محل تولید اعمال کرد، اما تأثیر آن در از بین بردن تنش پسماند به شدت تحت تأثیر پارامترهایی مانند دمای گرمایش، سرعت خنک شدن و فاصله پاشش آب قرار دارد. باید با توجه به شرایط واقعی به طور دقیق کنترل و تنظیم شود.
(VI) عملیات پیرسازی ارتعاشی
عملیات پیرسازی ارتعاشی از اثر انرژی مکانیکی ارتعاش برای ایجاد رزونانس در زنجیر غلتکی استفاده می‌کند، به طوری که تنش پسماند داخل قطعه کار همگن و کاهش می‌یابد. زنجیر غلتکی روی یک دستگاه پیرسازی ارتعاشی مخصوص قرار می‌گیرد و فرکانس و دامنه تحریک‌کننده تنظیم می‌شود تا زنجیر غلتکی در مدت زمان مشخصی رزونانس کند. در طول فرآیند رزونانس، دانه‌های فلزی داخل زنجیر غلتکی می‌لغزند و دوباره مرتب می‌شوند، ریزساختار بهبود می‌یابد و تنش پسماند به تدریج کاهش می‌یابد. عملیات پیرسازی ارتعاشی مزایای تجهیزات ساده، زمان پردازش کوتاه، هزینه کم، راندمان بالا و غیره را دارد و بر کیفیت سطح زنجیر غلتکی تأثیر نمی‌گذارد. بنابراین، به طور گسترده در تولید زنجیر غلتکی مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی، عملیات پیرسازی ارتعاشی می‌تواند حدود 30 تا 50 درصد از تنش پسماند جوشکاری زنجیر غلتکی را از بین ببرد. برای برخی از محصولات زنجیر غلتکی که به تنش پسماند بالایی نیاز ندارند، عملیات پیرسازی ارتعاشی روشی اقتصادی و مؤثر برای از بین بردن تنش پسماند است.
(VII) روش چکش کاری
روش چکش‌کاری روشی ساده و رایج برای کاهش تنش پسماند جوشکاری است. پس از جوشکاری زنجیر غلتکی، هنگامی که دمای جوش ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد یا بالاتر از ۴۰۰ درجه سانتیگراد است، از یک چکش کوچک برای ضربه زدن یکنواخت به جوش و نواحی مجاور آن استفاده کنید تا باعث تغییر شکل پلاستیکی موضعی فلز شود و در نتیجه تنش پسماند کاهش یابد. لازم به ذکر است که در طول فرآیند چکش‌کاری، باید از اعمال آن در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد خودداری شود، زیرا فلز در این زمان در مرحله شکننده است و چکش‌کاری به راحتی می‌تواند باعث ترک خوردن جوش شود. علاوه بر این، نیرو و فرکانس چکش‌کاری باید متوسط ​​باشد و باید با توجه به عواملی مانند ضخامت زنجیر غلتکی و اندازه جوش تنظیم شود تا اثر و کیفیت چکش‌کاری تضمین شود. روش چکش‌کاری معمولاً برای برخی از جوش‌های زنجیر غلتکی کوچک و ساده مناسب است. برای جوش‌های زنجیر غلتکی بزرگ یا پیچیده، اثر روش چکش‌کاری ممکن است محدود باشد و باید در ترکیب با سایر روش‌ها استفاده شود.

۳. چگونه یک روش مناسب برای کاهش تنش پسماند انتخاب کنیم
در تولید واقعی، با توجه به شرایط و الزامات مختلف زنجیر غلتکی، لازم است مزایا و معایب، دامنه کاربرد، هزینه و سایر عوامل روش‌های مختلف کاهش تنش پسماند به طور جامع بررسی شود تا یک روش مناسب برای عملیات حرارتی انتخاب شود. به عنوان مثال، برای برخی از زنجیرهای غلتکی با دقت بالا، استحکام بالا و دیواره ضخیم، عملیات حرارتی کلی در دمای بالا ممکن است بهترین انتخاب باشد. در حالی که برای برخی از دسته‌های بزرگ و اشکال ساده زنجیر غلتکی، عملیات حرارتی پیرسازی ارتعاشی یا روش چکش‌کاری می‌تواند به طور موثر هزینه‌های تولید را کاهش داده و راندمان تولید را بهبود بخشد. در عین حال، هنگام انتخاب روشی برای کاهش تنش پسماند، لازم است محیط استفاده و شرایط کاری زنجیر غلتکی نیز به طور کامل در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که روش اتخاذ شده می‌تواند الزامات عملکرد و استانداردهای کیفیت زنجیر غلتکی را در استفاده واقعی برآورده کند.
۴. نقش کاهش تنش پسماند در بهبود کیفیت و عملکرد زنجیرهای غلتکی
کاهش تنش پسماند جوشکاری می‌تواند به طور قابل توجهی استحکام خستگی زنجیرهای غلتکی را بهبود بخشد. هنگامی که تنش کششی پسماند در زنجیر غلتکی کاهش یا حذف می‌شود، سطح تنش واقعی که در حین کار تحمل می‌کند نیز به همان نسبت کاهش می‌یابد و در نتیجه خطر شکست ناشی از شروع و گسترش ترک‌های خستگی کاهش یافته و عمر مفید زنجیر غلتکی افزایش می‌یابد.
این امر به بهبود پایداری ابعادی و دقت شکل زنجیر غلتکی کمک می‌کند. تنش پسماند بیش از حد می‌تواند باعث تغییر شکل زنجیر غلتکی در حین استفاده شود و بر دقت تطبیق آن با چرخ‌دنده‌ها و سایر اجزا تأثیر بگذارد و در نتیجه بر عملکرد عادی تجهیزات مکانیکی تأثیر بگذارد. با کاهش تنش پسماند، زنجیر غلتکی می‌تواند پایداری ابعادی و دقت شکل خوبی را در حین استفاده حفظ کند و قابلیت اطمینان و دقت انتقال را بهبود بخشد.
این می‌تواند تمایل به ترک خوردگی تنشی زنجیرهای غلتکی را در محیط‌های خورنده کاهش دهد. تنش کششی پسماند، حساسیت زنجیرهای غلتکی را به ترک خوردگی تنشی در محیط‌های خورنده افزایش می‌دهد و کاهش تنش پسماند می‌تواند به طور موثری این خطر را کاهش دهد، مقاومت در برابر خوردگی زنجیرهای غلتکی را در محیط‌های سخت بهبود بخشد و دامنه کاربرد آنها را گسترش دهد.