Kuinka vähentää rullaketjun jäännösjännitystä hitsauksen jälkeen
Rullaketjujen tuotanto- ja valmistusprosessissa hitsaus on keskeinen prosessi. Rullaketjuun jää kuitenkin usein jäännösjännitystä hitsauksen jälkeen. Jos sen vähentämiseksi ei ryhdytä tehokkaisiin toimenpiteisiin, sillä on monia haitallisia vaikutuksia ketjun laatuun ja suorituskykyyn.rullaketju, kuten väsymislujuuden heikkeneminen, muodonmuutosten ja jopa murtumisen aiheuttaminen, mikä vaikuttaa rullaketjun normaaliin käyttöön ja käyttöikään erilaisissa mekaanisissa laitteissa. Siksi on erittäin tärkeää tutkia ja hallita perusteellisesti menetelmät rullaketjun hitsauksen jäännösjännityksen vähentämiseksi.
1. Jäännösjännityksen syyt
Hitsausprosessin aikana rullaketjun hitsausosa kuumenee ja jäähdyttyy epätasaisesti. Hitsauksen aikana hitsauksen ja sitä ympäröivän alueen lämpötila nousee nopeasti ja metallimateriaali laajenee. Jäähdytysprosessin aikana metallin supistumista näillä alueilla rajoittaa ympäröivä lämmittämätön metalli, mikä aiheuttaa hitsauksen jäännösjännitystä.
Hitsauksen aikaiset rajoitusolosuhteet vaikuttavat myös jäännösjännityksen kokoon ja jakautumiseen. Jos rullaketjua jännitetään voimakkaasti hitsauksen aikana eli kiinteän tai rajoitetun muodonmuutoksen aste on suuri, hitsauksen jälkeisen jäähdytysprosessin aikana vapaan kutistumisen kyvyttömyydestä johtuva jäännösjännitys kasvaa vastaavasti.
Metallimateriaalin tekijöitä ei voida sivuuttaa. Eri materiaaleilla on erilaiset lämpöfysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, mikä johtaa materiaalien erilaiseen lämpölaajenemiseen, supistumiseen ja myötölujuuteen hitsauksen aikana ja siten jäännösjännityksen syntymiseen. Esimerkiksi joillakin erittäin lujilla seosteräksillä on korkea myötölujuus ja ne ovat alttiita suurten jäännösjännitysten syntymiselle hitsauksen aikana.
2. Menetelmät jäännösjännityksen vähentämiseksi rullaketjuhitsauksessa
(I) Hitsausprosessin optimointi
Järjestä hitsausjärjestys järkevästi: Rullaketjuhitsauksessa suuret kutistumiskohdat hitsataan ensin ja pienet kutistumiskohdat hitsataan myöhemmin. Tämä mahdollistaa hitsauksen kutistumisen vapaamman hitsauksen aikana, mikä vähentää hitsauksen rajoitetun kutistumisen aiheuttamaa jäännösjännitystä. Esimerkiksi rullaketjun sisä- ja ulkoketjulevyä hitsattaessa ensin hitsataan sisäketjulevy ja sitten ulompi levy sen jäähtymisen jälkeen, jotta sisäketjulevyn hitsaus ei rajoitu liikaa ulkoketjulevyn vuoksi kutistuessa.
Käytä sopivia hitsausmenetelmiä ja -parametreja: Eri hitsausmenetelmillä on erilaiset jäännösjännitykset rullaketjuissa. Esimerkiksi kaasusuojattu hitsaus voi pienentää lämpövaikutusaluetta jossain määrin verrattuna joihinkin perinteisiin hitsausmenetelmiin keskittyneen valokaaren lämmön ja korkean lämpötehokkuuden ansiosta, mikä vähentää jäännösjännitystä. Samalla on myös tärkeää valita kohtuulliset parametrit, kuten hitsausvirta, jännite ja hitsausnopeus. Liiallinen hitsausvirta johtaa liialliseen hitsaustunkeumaan ja liialliseen lämmöntuontiin, mikä aiheuttaa hitsausliitoksen ylikuumenemisen ja jäännösjännityksen lisääntymisen. Oikeat hitsausparametrit puolestaan voivat tehdä hitsausprosessista vakaamman, vähentää hitsausvirheitä ja siten vähentää jäännösjännitystä.
Välikerroksen lämpötilan hallinta: Kun rullaketjuja hitsataan useissa kerroksissa ja useissa hitsauskerroksissa, välikerroksen lämpötilan hallinta on tehokas toimenpide jäännösjännityksen vähentämiseksi. Sopiva välikerroksen lämpötila voi pitää hitsausmetallin ja lämpövaikutusalueen hyvässä plastisuudessa hitsausprosessin aikana, mikä edistää hitsauksen kutistumista ja jännityksen vapautumista. Yleensä välikerroksen lämpötila tulisi määrittää rullaketjussa käytettyjen materiaalien ominaisuuksien ja hitsausprosessin vaatimusten mukaan, ja lämpötila hitsausprosessin aikana tulisi mitata ja säätää sen varmistamiseksi, että välikerroksen lämpötila on sopivalla alueella.
(II) Käytä asianmukaisia hitsauksen esilämmitys- ja jälkilämmitystoimenpiteitä
Esilämmitys: Ennen rullaketjun hitsausta hitsausliitoksen esilämmitys voi tehokkaasti vähentää hitsauksen jäännösjännitystä. Esilämmitys voi pienentää hitsausliitoksen lämpötilaeroa ja tehdä hitsausliitoksen lämpötilajakaumasta tasaisemman hitsauksen aikana, mikä vähentää lämpötilagradientin aiheuttamaa lämpöjännitystä. Lisäksi esilämmitys voi myös nostaa hitsausliitoksen alkulämpötilaa, pienentää hitsausmetallin ja perusmateriaalin välistä lämpötilaeroa, parantaa hitsausliitoksen suorituskykyä, vähentää hitsausvirheiden syntymistä ja siten vähentää jäännösjännitystä. Esilämmityslämpötilan määrityksen tulisi perustua rullaketjumateriaalin koostumukseen, paksuuteen, hitsausmenetelmään ja ympäristön lämpötilaan.
Jälkilämmitys: Hitsauksen jälkeinen jälkilämpökäsittely eli dehydrauskäsittely on myös yksi tärkeimmistä keinoista vähentää rullaketjuhitsauksen jäännösjännitystä. Jälkilämpökäsittelyssä hitsauskappale lämmitetään yleensä noin 250–350 ℃:seen heti hitsauksen jälkeen ja jäähdytetään tiettyyn lämpötilaan, minkä jälkeen sitä jäähdytetään hitaasti tietyn ajan lämpimänä pidettyään. Jälkilämmityksen päätehtävänä on kiihdyttää vetyatomien diffuusiota ja poistumista hitsauskappaleessa ja lämpövaikutusvyöhykkeellä, vähentää hitsauskappaleen vetypitoisuutta ja siten vähentää vedyn aiheuttaman jännityskorroosiohalkeilun mahdollisuutta sekä auttaa lievittämään hitsauksen jäännösjännitystä. Jälkilämpökäsittely on erityisen tärkeää joidenkin lujuusterästen ja paksuseinäisten rullaketjujen hitsauksessa.
(III) Suorita hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely
Kokonaisvaltainen korkean lämpötilan päästö: Aseta koko rullaketju lämmitysuuniin, lämmitä se hitaasti noin 600–700 ℃:een, pidä sitä lämpimänä tietyn ajan ja jäähdytä sitten uunissa huoneenlämpöiseksi. Tämä kokonaisvaltainen korkean lämpötilan päästökäsittely voi tehokkaasti poistaa rullaketjun jäännösjännityksen, yleensä 80–90 % jäännösjännityksestä voidaan poistaa. Korkean lämpötilan päästön lämpötilaa ja aikaa on säädettävä tarkasti rullaketjun materiaalin, koon ja suorituskykyvaatimusten mukaisesti lämpökäsittelyn vaikutuksen ja laadun varmistamiseksi. Kokonaisvaltainen korkean lämpötilan päästökäsittely vaatii kuitenkin suurempia lämpökäsittelylaitteita ja käsittelykustannukset ovat suhteellisen korkeat, mutta joillekin rullaketjutuotteille, joilla on tiukat jäännösjännitysvaatimukset, se on ihanteellinen menetelmä jäännösjännityksen poistamiseksi.
Paikallinen korkean lämpötilan päästö: Kun rullaketju on kooltaan suuri tai muodoltaan monimutkainen ja kokonaisvaltainen korkean lämpötilan päästö on vaikeaa, voidaan käyttää paikallista korkean lämpötilan päästöä. Paikallisessa korkean lämpötilan päästössä lämmitetään vain rullaketjun hitsausliitosta ja sen lähialuetta jäännösjännityksen poistamiseksi. Verrattuna kokonaisvaltaiseen korkean lämpötilan päästöön, paikallisella korkean lämpötilan päästöllä on suhteellisen alhaiset laitevaatimukset ja käsittelykustannukset, mutta sen jäännösjännityksen poistava vaikutus ei ole yhtä perusteellinen kuin kokonaisvaltaisella korkean lämpötilan päästöllä. Paikallista korkean lämpötilan päästöä suoritettaessa on kiinnitettävä huomiota lämmitysalueen tasaisuuteen ja lämmityslämpötilan hallintaan, jotta vältetään uusien jännitysten keskittyminen tai muut paikallisen ylikuumenemisen tai epätasaisen lämpötilan aiheuttamat laatuongelmat.
(IV) Mekaaninen venytysmenetelmä
Mekaaninen venytysmenetelmä on kohdistaa vetolujuus rullaketjuun hitsauksen jälkeen, mikä aiheuttaa plastisen muodonmuutoksen, jolloin kompensoidaan hitsausprosessin aikana syntyvä puristusjäännösmuodonmuutos ja saavutetaan jäännösjännityksen vähentämisen tavoite. Käytännössä voidaan käyttää erityisiä venytyslaitteita sopivan vetolujuuden ja venytysnopeuden asettamiseen rullaketjun eritelmien ja suorituskykyvaatimusten mukaisesti, jotta rullaketju venyy tasaisesti. Tällä menetelmällä on hyvä vaikutus joihinkin rullaketjutuotteisiin, jotka vaativat tarkkaa koon säätöä ja jäännösjännityksen poistamista, mutta se on varustettava vastaavilla venytyslaitteilla ja ammattitaitoisilla käyttäjillä, ja sillä on tiettyjä vaatimuksia tuotantopaikoille ja prosessiolosuhteille.
(V) Lämpötilaerovenytysmenetelmä
Lämpötilaerovenytysmenetelmän perusperiaatteena on käyttää paikallisen lämmityksen synnyttämää lämpötilaeroa vetolujuuden aiheuttamiseen hitsausalueella, mikä vähentää jäännösjännitystä. Tarkempi menetelmä on käyttää asetyleenipoltinta rullaketjuhitsin molempien puolien lämmittämiseen ja samanaikaisesti vesiputken läpi suihkuttaa jäähdytysvettä tietyllä etäisyydellä polttimen takaa. Tällä tavoin hitsausalueen molemmille puolille muodostuu korkean lämpötilan alue, kun taas hitsausalueen lämpötila on alhainen. Molemmilla puolilla oleva metalli laajenee lämmön vaikutuksesta ja venyttää hitsausaluetta alhaisemmassa lämpötilassa, jolloin saavutetaan osan hitsausjäännösjännityksestä poistaminen. Lämpötilaerovenytysmenetelmän laitteet ovat suhteellisen yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä. Sitä voidaan soveltaa joustavasti rakennustyömaalla tai tuotantopaikalla, mutta sen jäännösjännityksen poistamiseen vaikuttavat suuresti parametrit, kuten lämmityslämpötila, jäähdytysnopeus ja vesisuihkutusetäisyys. Menetelmää on säädettävä ja säädettävä tarkasti todellisten olosuhteiden mukaan.
(VI) Tärinävanhentamiskäsittely
Tärinävanhennuskäsittelyssä käytetään tärinän mekaanista energiaa rullaketjun resonoimiseksi, jolloin työkappaleen sisällä oleva jäännösjännitys tasaantuu ja pienenee. Rullaketju asetetaan erityiseen tärinävanhennuslaitteeseen, ja herätteen taajuutta ja amplitudia säädetään siten, että rullaketju resonoi tietyn ajan kuluessa. Resonanssiprosessin aikana rullaketjun sisällä olevat metallirakeet liukuvat ja järjestyvät uudelleen, mikrorakenne paranee ja jäännösjännitys pienenee vähitellen. Tärinävanhennuskäsittelyn etuna on yksinkertainen laite, lyhyt käsittelyaika, alhaiset kustannukset ja korkea hyötysuhde, eikä se vaikuta rullaketjun pinnan laatuun. Siksi sitä on käytetty laajalti rullaketjujen tuotannossa. Yleisesti ottaen tärinävanhennuskäsittely voi poistaa noin 30–50 % rullaketjuhitsauksen jäännösjännityksestä. Joillekin rullaketjutuotteille, jotka eivät vaadi erityisen suurta jäännösjännitystä, tärinävanhennuskäsittely on taloudellinen ja tehokas menetelmä jäännösjännityksen poistamiseksi.
(VII) Vasaramenetelmä
Vasaramenetelmä on yksinkertainen ja yleisesti käytetty menetelmä hitsauksen jäännösjännityksen vähentämiseksi. Kun rullaketju on hitsattu ja hitsauksen lämpötila on 100–150 ℃ tai yli 400 ℃, naputa hitsausta ja sen viereisiä alueita tasaisesti pienellä vasaralla, jotta metalliin syntyy paikallista plastista muodonmuutosta ja jäännösjännitystä voidaan vähentää. On huomattava, että vasarointiprosessin aikana tulisi välttää 200–300 ℃:n lämpötila-aluetta, koska metalli on tässä vaiheessa hauras ja vasarointi voi helposti aiheuttaa hitsauksen halkeilua. Lisäksi vasarointivoiman ja -taajuuden tulisi olla kohtuullisia ja niitä tulisi säätää rullaketjun paksuuden ja hitsaussauman koon kaltaisten tekijöiden mukaan vasarointivaikutuksen ja -laadun varmistamiseksi. Vasaramenetelmä soveltuu yleensä joihinkin pieniin, yksinkertaisiin rullaketjuhitsauksiin. Suurissa tai monimutkaisissa rullaketjuhitsauksissa vasarointimenetelmän vaikutus voi olla rajallinen ja sitä on käytettävä yhdessä muiden menetelmien kanssa.
3. Sopivan jäännösjännitysten vähentämismenetelmän valitseminen
Todellisessa tuotannossa on rullaketjun erilaisten tilanteiden ja vaatimusten mukaan tarpeen ottaa kattavasti huomioon erilaisten jäännösjännitysten vähentämismenetelmien edut ja haitat, sovellusalueen, kustannukset ja muut tekijät sopivan käsittelymenetelmän valitsemiseksi. Esimerkiksi joillekin erittäin tarkoille, lujille ja paksuseinäisille rullaketjuille yleinen korkean lämpötilan päästö voi olla paras valinta; kun taas joillekin suurille erille ja yksinkertaisille rullaketjuille tärinävanhennuskäsittely tai vasarointimenetelmä voivat tehokkaasti vähentää tuotantokustannuksia ja parantaa tuotannon tehokkuutta. Samalla jäännösjännitysten vähentämismenetelmää valittaessa on myös tarpeen ottaa täysimääräisesti huomioon rullaketjun käyttöympäristö ja työolosuhteet sen varmistamiseksi, että käytetty menetelmä täyttää rullaketjun suorituskykyvaatimukset ja laatustandardit todellisessa käytössä.
4. Jäännösjännityksen vähentämisen rooli rullaketjujen laadun ja suorituskyvyn parantamisessa
Hitsauksen jäännösjännityksen vähentäminen voi parantaa merkittävästi rullaketjujen väsymislujuutta. Kun rullaketjun jäännösvetolujuutta pienennetään tai poistetaan, sen todellinen käytönaikainen jännitystaso pienenee vastaavasti, mikä vähentää väsymishalkeamien syntymisestä ja laajenemisesta johtuvaa murtumisriskiä ja pidentää rullaketjun käyttöikää.
Se auttaa parantamaan rullaketjun mittapysyvyyttä ja muodon tarkkuutta. Liiallinen jäännösjännitys voi aiheuttaa rullaketjun muodonmuutoksia käytön aikana, mikä vaikuttaa sen sovitustarkkuuteen ketjupyörien ja muiden komponenttien kanssa ja siten vaikuttaa mekaanisten laitteiden normaaliin toimintaan. Jäännösjännityksen vähentäminen voi ylläpitää hyvää mittapysyvyyttä ja muodon tarkkuutta käytön aikana ja parantaa voimansiirron luotettavuutta ja tarkkuutta.
Se voi vähentää rullaketjujen jännityskorroosiohalkeilun taipumusta syövyttävissä ympäristöissä. Jäännösvetolujuus lisää rullaketjujen herkkyyttä jännityskorroosiohalkeilulle syövyttävissä ympäristöissä, ja jäännösjännityksen vähentäminen voi tehokkaasti vähentää tätä riskiä, parantaa rullaketjujen korroosionkestävyyttä ankarissa ympäristöissä ja laajentaa niiden käyttöaluetta.
Julkaisun aika: 30. kesäkuuta 2025