Como reducir a tensión residual da cadea de rolos despois da soldadura
No proceso de produción e fabricación de cadeas de rolos, a soldadura é un proceso clave. Non obstante, a miúdo haberá tensión residual na cadea de rolos despois da soldadura. Se non se toman medidas eficaces para reducila, terá moitos efectos adversos na calidade e no rendemento decadea de rolos, como a redución da súa resistencia á fatiga, o que pode provocar deformacións e mesmo fracturas, o que afecta o uso normal e a vida útil da cadea de rolos en diversos equipos mecánicos. Polo tanto, é moi importante estudar e dominar en profundidade os métodos para reducir a tensión residual da soldadura da cadea de rolos.
1. Causas da tensión residual
Durante o proceso de soldadura, a parte soldada da cadea de rolos estará sometida a un quecemento e arrefriamento desiguais. Durante a soldadura, a temperatura da soldadura e da área circundante aumenta rapidamente, e o material metálico expándese; e durante o proceso de arrefriamento, a contracción do metal nestas áreas está restrinxida polo metal circundante sen quentar, xerando así tensión residual de soldadura.
As condicións de restrición durante a soldadura tamén afectarán o tamaño e a distribución da tensión residual. Se a cadea de rolos está moi restrinxida durante a soldadura, é dicir, se o grao de deformación fixa ou restrinxida é grande, entón durante o proceso de arrefriamento despois da soldadura, a tensión residual causada pola incapacidade de contraerse libremente tamén aumentará en consecuencia.
Non se poden ignorar os factores do propio material metálico. Os diferentes materiais teñen diferentes propiedades térmicas, físicas e mecánicas, o que levará a diferentes expansións térmicas, contraccións e límites elásticos dos materiais durante a soldadura, o que afectará á xeración de tensión residual. Por exemplo, algúns aceiros de aliaxe de alta resistencia teñen un alto límite elástico e son propensos a xerar grandes tensións residuais durante a soldadura.
2. Métodos para reducir a tensión residual na soldadura de cadeas de rolos
(I) Optimizar o proceso de soldadura
Organizar razoablemente a secuencia de soldadura: para a soldadura de cadeas de rolos, as soldaduras con gran contracción deben soldarse primeiro e as soldaduras con pequena contracción deben soldarse despois. Isto permite que a soldadura se contraia máis libremente durante a soldadura, reducindo a tensión residual causada pola contracción restrinxida da soldadura. Por exemplo, ao soldar as placas da cadea interior e exterior dunha cadea de rolos, solda primeiro a placa da cadea interior e, a continuación, solda a placa da cadea exterior despois de que se arrefríe, de xeito que a soldadura da placa da cadea interior non estea demasiado restrinxida pola placa da cadea exterior ao contraerse.
Empregar métodos e parámetros de soldadura axeitados: Os diferentes métodos de soldadura teñen diferentes tensións residuais nas cadeas de rolos. Por exemplo, a soldadura con protección de gas pode reducir a zona afectada pola calor ata certo punto en comparación con algúns métodos de soldadura tradicionais debido á súa calor de arco concentrada e á alta eficiencia térmica, reducindo así a tensión residual. Ao mesmo tempo, tamén é crucial seleccionar razoablemente parámetros como a corrente de soldadura, a tensión e a velocidade de soldadura. Unha corrente de soldadura excesiva levará a unha penetración excesiva da soldadura e a unha entrada de calor excesiva, o que provocará que a unión soldada se sobrequente e aumente a tensión residual; mentres que os parámetros de soldadura axeitados poden facer que o proceso de soldadura sexa máis estable, reducir os defectos de soldadura e, polo tanto, reducir a tensión residual.
Control da temperatura da capa intermedia: Ao soldar cadeas de rolos en varias capas e varias pasadas, controlar a temperatura da capa intermedia é unha medida eficaz para reducir a tensión residual. Unha temperatura axeitada da capa intermedia pode manter o metal da soldadura e a zona afectada pola calor en boa plasticidade durante o proceso de soldadura, o que favorece a contracción da soldadura e a liberación de tensión. En xeral, a temperatura da capa intermedia debe determinarse segundo as propiedades dos materiais utilizados na cadea de rolos e os requisitos do proceso de soldadura, e a temperatura durante o proceso de soldadura debe medirse e controlarse para garantir que a temperatura da capa intermedia estea dentro do rango axeitado.
(II) Adoptar medidas axeitadas de prequecemento e posquecemento da soldadura
Prequecemento: Antes de soldar a cadea de rolos, o prequecemento da soldadura pode reducir eficazmente a tensión residual da soldadura. O prequecemento pode reducir a diferenza de temperatura da unión soldada e facer que a distribución da temperatura da soldadura sexa máis uniforme durante a soldadura, reducindo así a tensión térmica causada polo gradiente de temperatura. Ademais, o prequecemento tamén pode aumentar a temperatura inicial da soldadura, reducir a diferenza de temperatura entre o metal de soldadura e o material base, mellorar o rendemento da unión soldada, reducir a xeración de defectos de soldadura e, polo tanto, reducir a tensión residual. A determinación da temperatura de prequecemento debe basearse na composición, o grosor, o método de soldadura e a temperatura ambiente do material da cadea de rolos.
Postquecemento: O tratamento posquecemento despois da soldadura, é dicir, o tratamento de deshidroxenación, tamén é un dos medios importantes para reducir a tensión residual da soldadura de cadeas de rolos. O tratamento posquecemento xeralmente quenta a soldadura a uns 250-350 ℃ inmediatamente despois de completar a soldadura e arrefría a unha determinada temperatura, e logo arrefría lentamente despois de manterse quente durante un certo período de tempo. A función principal do posquecemento é acelerar a difusión e o escape dos átomos de hidróxeno na soldadura e na zona afectada pola calor, reducir o contido de hidróxeno na soldadura, reducindo así a posibilidade de fisuras por corrosión por tensión inducida por hidróxeno e tamén axudar a aliviar a tensión residual da soldadura. O tratamento posquecemento é particularmente importante para a soldadura dalgúns aceiros de alta resistencia e cadeas de rolos de parede grosa.
(III) Realizar o tratamento térmico posterior á soldadura
Revenido xeral a alta temperatura: Coloque toda a cadea de rolos nun forno de quecemento, quéntaa lentamente a uns 600-700 ℃, manteña quente durante un certo período de tempo e despois arrefríea á temperatura ambiente co forno. Este tratamento xeral de revenido a alta temperatura pode eliminar eficazmente a tensión residual na cadea de rolos, normalmente pódese eliminar entre o 80 % e o 90 % da tensión residual. A temperatura e o tempo de revenido a alta temperatura deben controlarse con precisión segundo factores como o material, o tamaño e os requisitos de rendemento da cadea de rolos para garantir o efecto e a calidade do tratamento térmico. Non obstante, o tratamento xeral de revenido a alta temperatura require equipos de tratamento térmico máis grandes e o custo do tratamento é relativamente alto, pero para algúns produtos de cadea de rolos con requisitos estritos sobre a tensión residual, é un método ideal para eliminar a tensión residual.
Revenido local a alta temperatura: cando a cadea de rolos é de gran tamaño ou de forma complexa, e o revenido xeral a alta temperatura é difícil, pódese usar un revenido local a alta temperatura. O revenido local a alta temperatura consiste en quentar só a soldadura da cadea de rolos e a área local próxima a ela para eliminar a tensión residual na área. En comparación co revenido xeral a alta temperatura, o revenido local a alta temperatura ten requisitos de equipamento e custos de procesamento relativamente menores, pero o seu efecto de eliminación da tensión residual non é tan completo como o revenido xeral a alta temperatura. Ao realizar un revenido local a alta temperatura, débese prestar atención á uniformidade da área de quecemento e ao control da temperatura de quecemento para evitar novas concentracións de tensión ou outros problemas de calidade causados por sobrequecemento local ou temperatura desigual.
(IV) Método de estiramento mecánico
O método de estiramento mecánico consiste en aplicar unha forza de tracción á cadea de rolos despois da soldadura para provocar deformación plástica, compensando así a deformación residual compresiva xerada durante o proceso de soldadura e conseguindo o propósito de reducir a tensión residual. No funcionamento real, pódense usar equipos de estiramento especiais para axustar a forza de tracción e a velocidade de estiramento axeitadas segundo as especificacións e os requisitos de rendemento da cadea de rolos para estirar uniformemente a cadea de rolos. Este método ten un bo efecto nalgúns produtos de cadea de rolos que requiren un control preciso do tamaño e a eliminación da tensión residual, pero necesita estar equipado co equipo de estiramento correspondente e operadores profesionais, e ten certos requisitos para os lugares de produción e as condicións do proceso.
(V) Método de estiramento por diferenza de temperatura
O principio básico do método de estiramento por diferenza de temperatura é usar a diferenza de temperatura xerada polo quecemento local para causar deformación por tracción na área de soldadura, reducindo así a tensión residual. A operación específica consiste en usar unha tocha oxiacetilénica para quentar cada lado da soldadura da cadea de rolos e, ao mesmo tempo, usar unha tubaxe de auga cunha fileira de buratos para pulverizar auga para arrefriar a unha certa distancia detrás da tocha. Deste xeito, fórmase unha área de alta temperatura en ambos os dous lados da soldadura, mentres que a temperatura da área de soldadura é baixa. O metal en ambos os dous lados expándese debido á calor e estira a área de soldadura cunha temperatura máis baixa, conseguindo así o propósito de eliminar parte da tensión residual de soldadura. O equipo do método de estiramento por diferenza de temperatura é relativamente sinxelo e fácil de operar. Pódese aplicar de forma flexible na obra ou na obra de produción, pero o seu efecto de eliminar a tensión residual vese moi afectado por parámetros como a temperatura de quecemento, a velocidade de arrefriamento e a distancia de pulverización de auga. Debe controlarse e axustarse con precisión segundo as condicións reais.
(VI) Tratamento de envellecemento por vibración
O tratamento de envellecemento por vibración utiliza o efecto da enerxía mecánica da vibración para facer que a cadea de rolos resoe, de xeito que a tensión residual dentro da peza se homoxeneice e se reduza. A cadea de rolos colócase nun equipo especial de envellecemento por vibración e a frecuencia e a amplitude do excitador axústanse para facer que a cadea de rolos resoe dentro dun determinado período de tempo. Durante o proceso de resonancia, os grans metálicos dentro da cadea de rolos esvararanse e reorganizaranse, a microestrutura mellorará e a tensión residual diminuirá gradualmente. O tratamento de envellecemento por vibración ten as vantaxes dun equipo sinxelo, un curto tempo de procesamento, baixo custo, alta eficiencia, etc., e non afectará a calidade da superficie da cadea de rolos. Polo tanto, utilizouse amplamente na produción de cadeas de rolos. En xeral, o tratamento de envellecemento por vibración pode eliminar aproximadamente entre o 30 % e o 50 % da tensión residual da soldadura da cadea de rolos. Para algúns produtos de cadeas de rolos que non requiren unha tensión residual particularmente alta, o tratamento de envellecemento por vibración é un método económico e eficaz para eliminar a tensión residual.
(VII) Método de martelado
O método de martelé é un método sinxelo e de uso común para reducir a tensión residual da soldadura. Despois de soldar a cadea de rolos, cando a temperatura da soldadura estea entre 100 e 150 ℃ ou superior a 400 ℃, use un pequeno martelo para golpear uniformemente a soldadura e as súas áreas adxacentes para provocar a deformación plástica local do metal, reducindo así a tensión residual. Débese ter en conta que durante o proceso de martelé, débese evitar o rango de temperatura de 200 a 300 ℃, porque o metal está nun estado fráxil neste momento e o martelé pode causar que a soldadura se rache facilmente. Ademais, a forza e a frecuencia do martelé deben ser moderadas e deben axustarse segundo factores como o grosor da cadea de rolos e o tamaño da soldadura para garantir o efecto e a calidade do martelé. O método de martelé adoita ser axeitado para algunhas soldaduras de cadea de rolos pequenas e sinxelas. Para soldaduras de cadea de rolos grandes ou complexas, o efecto do método de martelé pode ser limitado e debe usarse en combinación con outros métodos.
3. Como elixir un método axeitado de redución da tensión residual
Na produción real, segundo as diferentes situacións e requisitos da cadea de rolos, é necesario considerar exhaustivamente as vantaxes e desvantaxes, o ámbito de aplicación, o custo e outros factores de varios métodos de redución da tensión residual para seleccionar un método de tratamento axeitado. Por exemplo, para algunhas cadeas de rolos de alta precisión, alta resistencia e paredes grosas, o revenido xeral a alta temperatura pode ser a mellor opción; mentres que para algúns lotes grandes e formas simples de cadeas de rolos, o tratamento de envellecemento por vibración ou o método de martelé poden reducir eficazmente os custos de produción e mellorar a eficiencia da produción. Ao mesmo tempo, ao elixir un método para reducir a tensión residual, tamén é necesario considerar plenamente o ambiente de uso e as condicións de traballo da cadea de rolos para garantir que o método adoptado poida cumprir os requisitos de rendemento e os estándares de calidade da cadea de rolos no uso real.
4. O papel da redución da tensión residual na mellora da calidade e o rendemento das cadeas de rolos
A redución da tensión residual da soldadura pode mellorar significativamente a resistencia á fatiga das cadeas de rolos. Cando se reduce ou elimina a tensión de tracción residual na cadea de rolos, o nivel de tensión real que soporta durante o funcionamento redúcese en consecuencia, reducindo así o risco de falla por fractura causada pola iniciación e expansión das fisuras de fatiga e prolongando a vida útil da cadea de rolos.
Axuda a mellorar a estabilidade dimensional e a precisión da forma da cadea de rolos. Unha tensión residual excesiva pode causar que a cadea de rolos se deforme durante o uso, afectando a súa precisión de coincidencia cos piñóns e outros compoñentes, e polo tanto afectando o funcionamento normal dos equipos mecánicos. Ao reducir a tensión residual, a cadea de rolos pode manter unha boa estabilidade dimensional e precisión da forma durante o uso, e mellorar a fiabilidade e a precisión da transmisión.
Pode reducir a tendencia á corrosión por tensión das cadeas de rolos en ambientes corrosivos. A tensión de tracción residual aumentará a sensibilidade das cadeas de rolos á corrosión por tensión en medios corrosivos, e a redución da tensión residual pode reducir eficazmente este risco, mellorar a resistencia á corrosión das cadeas de rolos en ambientes agresivos e ampliar o seu rango de aplicación.
Data de publicación: 30 de xuño de 2025