Come ridurre lo stress residuo della catena a rulli dopo la saldatura

Come ridurre lo stress residuo della catena a rulli dopo la saldatura
Nel processo di produzione e fabbricazione delle catene a rulli, la saldatura è un processo chiave. Tuttavia, spesso dopo la saldatura si verificano tensioni residue nella catena a rulli. Se non vengono adottate misure efficaci per ridurle, ciò avrà numerosi effetti negativi sulla qualità e sulle prestazioni della catena.catena a rulli, come la riduzione della resistenza alla fatica, la deformazione e persino la frattura, compromettendo così il normale utilizzo e la durata della catena a rulli in varie apparecchiature meccaniche. Pertanto, è molto importante studiare e padroneggiare a fondo i metodi per ridurre le sollecitazioni residue della saldatura della catena a rulli.

1. Cause dello stress residuo
Durante il processo di saldatura, la parte saldata della catena a rulli sarà soggetta a riscaldamento e raffreddamento non uniformi. Durante la saldatura, la temperatura della saldatura e dell'area circostante aumenta rapidamente e il materiale metallico si espande; durante il processo di raffreddamento, la contrazione del metallo in queste aree è limitata dal metallo circostante non riscaldato, generando così tensioni residue di saldatura.
Anche le condizioni di vincolo durante la saldatura influiranno sull'entità e sulla distribuzione delle tensioni residue. Se la catena a rulli è fortemente vincolata durante la saldatura, ovvero il grado di deformazione fissa o limitata è elevato, durante il processo di raffreddamento successivo alla saldatura, le tensioni residue causate dall'impossibilità di restringersi liberamente aumenteranno di conseguenza.
I fattori legati al materiale metallico in sé non possono essere ignorati. Materiali diversi presentano proprietà termiche, fisiche e meccaniche diverse, che determinano dilatazioni termiche, contrazioni e limiti di snervamento diversi durante la saldatura, influenzando così la generazione di tensioni residue. Ad esempio, alcuni acciai legati ad alta resistenza presentano un elevato limite di snervamento e tendono a generare elevate tensioni residue durante la saldatura.

2. Metodi per ridurre lo stress residuo nella saldatura delle catene a rulli

(I) Ottimizzare il processo di saldatura

Organizzare una sequenza di saldatura ragionevole: per la saldatura delle catene a rulli, le saldature con ritiro elevato devono essere saldate per prime e quelle con ritiro ridotto devono essere saldate in seguito. Ciò consente alla saldatura di ritirarsi più liberamente durante la saldatura, riducendo le tensioni residue causate dal ritiro limitato della saldatura. Ad esempio, quando si saldano le piastre della catena interna ed esterna di una catena a rulli, la piastra della catena interna viene saldata per prima e poi quella esterna dopo il raffreddamento, in modo che la saldatura della piastra della catena interna non venga eccessivamente limitata dalla piastra della catena esterna durante il ritiro.

Utilizzare metodi e parametri di saldatura appropriati: diversi metodi di saldatura presentano tensioni residue diverse sulle catene a rulli. Ad esempio, la saldatura con protezione di gas può ridurre in una certa misura la zona termicamente alterata rispetto ad alcuni metodi di saldatura tradizionali grazie al calore concentrato dell'arco e all'elevata efficienza termica, riducendo così le tensioni residue. Allo stesso tempo, è fondamentale selezionare con cura parametri come corrente di saldatura, tensione e velocità di saldatura. Una corrente di saldatura eccessiva causerà un'eccessiva penetrazione della saldatura e un eccessivo apporto di calore, che causerà il surriscaldamento del giunto saldato e aumenterà le tensioni residue; mentre parametri di saldatura appropriati possono rendere il processo di saldatura più stabile, ridurre i difetti di saldatura e quindi ridurre le tensioni residue.
Controllo della temperatura interstrato: quando si saldano catene a rulli in più strati e più passate, il controllo della temperatura interstrato è una misura efficace per ridurre le tensioni residue. Un'adeguata temperatura interstrato può mantenere il metallo della saldatura e la zona termicamente alterata in buona plasticità durante il processo di saldatura, favorendo il ritiro della saldatura e il rilascio delle tensioni. In generale, la temperatura interstrato deve essere determinata in base alle proprietà dei materiali utilizzati nella catena a rulli e ai requisiti del processo di saldatura, e la temperatura durante il processo di saldatura deve essere misurata e controllata per garantire che la temperatura interstrato rientri nell'intervallo appropriato.
(II) Adottare misure appropriate di preriscaldamento e post-riscaldamento della saldatura
Preriscaldamento: prima di saldare la catena a rulli, il preriscaldamento del giunto saldato può ridurre efficacemente le tensioni residue di saldatura. Il preriscaldamento può ridurre la differenza di temperatura del giunto saldato e rendere più uniforme la distribuzione della temperatura del giunto saldato durante la saldatura, riducendo così le tensioni termiche causate dal gradiente di temperatura. Inoltre, il preriscaldamento può anche aumentare la temperatura iniziale del giunto saldato, ridurre la differenza di temperatura tra il metallo di saldatura e il materiale di base, migliorare le prestazioni del giunto saldato, ridurre la generazione di difetti di saldatura e quindi ridurre le tensioni residue. La determinazione della temperatura di preriscaldamento deve essere basata sulla composizione, sullo spessore, sul metodo di saldatura e sulla temperatura ambiente del materiale della catena a rulli.
Post-riscaldamento: il trattamento post-termico dopo la saldatura, ovvero il trattamento di deidrogenazione, è anch'esso uno dei metodi più importanti per ridurre le tensioni residue nella saldatura delle catene a rulli. Il trattamento post-termico solitamente riscalda la saldatura a circa 250-350 °C subito dopo il completamento della saldatura e la raffredda a una certa temperatura, per poi raffreddarsi lentamente dopo averla mantenuta calda per un certo periodo di tempo. La funzione principale del post-riscaldamento è quella di accelerare la diffusione e la fuoriuscita di atomi di idrogeno nella saldatura e nella zona termicamente alterata, ridurre il contenuto di idrogeno nella saldatura, riducendo così la possibilità di cricche da corrosione sotto sforzo indotta dall'idrogeno e contribuendo inoltre ad alleviare le tensioni residue di saldatura. Il trattamento post-termico è particolarmente importante per la saldatura di alcuni acciai ad alta resistenza e catene a rulli a parete spessa.
(III) Eseguire il trattamento termico post-saldatura
Rinvenimento ad alta temperatura: posizionare l'intera catena a rulli in un forno di riscaldamento, riscaldarla lentamente a circa 600-700 °C, mantenerla calda per un certo periodo di tempo e quindi raffreddarla a temperatura ambiente nel forno. Questo trattamento di rinvenimento ad alta temperatura può eliminare efficacemente le tensioni residue nella catena a rulli, solitamente fino all'80-90%. La temperatura e la durata del rinvenimento ad alta temperatura devono essere controllate con precisione in base a fattori quali il materiale, le dimensioni e i requisiti prestazionali della catena a rulli per garantire l'efficacia e la qualità del trattamento termico. Tuttavia, il trattamento di rinvenimento ad alta temperatura richiede apparecchiature di trattamento termico più grandi e i costi del trattamento sono relativamente elevati, ma per alcuni prodotti a catena a rulli con requisiti rigorosi sulle tensioni residue, rappresenta un metodo ideale per eliminarle.
Rinvenimento locale ad alta temperatura: quando la catena a rulli è di grandi dimensioni o di forma complessa e il rinvenimento ad alta temperatura complessivo risulta difficoltoso, è possibile ricorrere al rinvenimento locale ad alta temperatura. Il rinvenimento locale ad alta temperatura consiste nel riscaldare solo la saldatura della catena a rulli e l'area circostante per eliminare le tensioni residue in tale area. Rispetto al rinvenimento ad alta temperatura complessivo, il rinvenimento locale ad alta temperatura richiede attrezzature e costi di lavorazione relativamente inferiori, ma il suo effetto di eliminazione delle tensioni residue non è così completo come il rinvenimento ad alta temperatura complessivo. Quando si esegue il rinvenimento locale ad alta temperatura, è necessario prestare attenzione all'uniformità dell'area di riscaldamento e al controllo della temperatura di riscaldamento per evitare nuove concentrazioni di tensioni o altri problemi di qualità causati da surriscaldamento locale o temperature non uniformi.
(IV) Metodo di allungamento meccanico
Il metodo di stiramento meccanico consiste nell'applicare una forza di trazione alla catena a rulli dopo la saldatura per causarne una deformazione plastica, compensando così la deformazione residua di compressione generata durante il processo di saldatura e raggiungendo l'obiettivo di ridurre le sollecitazioni residue. Nel funzionamento effettivo, è possibile utilizzare speciali attrezzature di stiramento per impostare la forza di trazione e la velocità di stiramento appropriate in base alle specifiche e ai requisiti prestazionali della catena a rulli, al fine di allungarla uniformemente. Questo metodo ha un effetto positivo su alcuni prodotti a catena a rulli che richiedono un controllo preciso delle dimensioni e l'eliminazione delle sollecitazioni residue, ma richiede l'utilizzo di attrezzature di stiramento adeguate e operatori qualificati, e presenta requisiti specifici per i siti di produzione e le condizioni di processo.
(V) Metodo di allungamento della differenza di temperatura
Il principio di base del metodo di stiramento a differenza di temperatura è quello di utilizzare la differenza di temperatura generata dal riscaldamento locale per causare una deformazione a trazione nell'area di saldatura, riducendo così le tensioni residue. Il funzionamento specifico consiste nell'utilizzare una torcia ossiacetilenica per riscaldare ciascun lato della saldatura della catena a rulli e, allo stesso tempo, utilizzare un tubo dell'acqua con una fila di fori per spruzzare acqua di raffreddamento a una certa distanza dietro la torcia. In questo modo, si forma un'area ad alta temperatura su entrambi i lati della saldatura, mentre la temperatura dell'area di saldatura è bassa. Il metallo su entrambi i lati si espande a causa del calore e stira l'area di saldatura a una temperatura inferiore, raggiungendo così l'obiettivo di eliminare alcune tensioni residue di saldatura. L'attrezzatura del metodo di stiramento a differenza di temperatura è relativamente semplice e facile da utilizzare. Può essere applicata in modo flessibile in cantiere o in produzione, ma il suo effetto di eliminazione delle tensioni residue è fortemente influenzato da parametri quali la temperatura di riscaldamento, la velocità di raffreddamento e la distanza di spruzzatura dell'acqua. Deve essere controllato e regolato con precisione in base alle condizioni effettive.
(VI) Trattamento di invecchiamento tramite vibrazioni
Il trattamento di invecchiamento tramite vibrazione sfrutta l'effetto dell'energia meccanica delle vibrazioni per far risuonare la catena a rulli, in modo da omogeneizzare e ridurre lo stress residuo all'interno del pezzo. La catena a rulli viene posizionata su una speciale attrezzatura per l'invecchiamento tramite vibrazione e la frequenza e l'ampiezza dell'eccitatore vengono regolate per far risuonare la catena a rulli entro un certo periodo di tempo. Durante il processo di risonanza, i grani metallici all'interno della catena a rulli scivolano e si riorganizzano, la microstruttura migliora e lo stress residuo diminuisce gradualmente. Il trattamento di invecchiamento tramite vibrazione presenta i vantaggi di un'attrezzatura semplice, tempi di lavorazione brevi, costi contenuti, elevata efficienza, ecc. e non influisce sulla qualità superficiale della catena a rulli. Pertanto, è ampiamente utilizzato nella produzione di catene a rulli. In generale, il trattamento di invecchiamento tramite vibrazione può eliminare circa il 30% - 50% dello stress residuo della saldatura della catena a rulli. Per alcuni prodotti a catena a rulli che non richiedono stress residuo particolarmente elevato, il trattamento di invecchiamento tramite vibrazione è un metodo economico ed efficace per eliminare lo stress residuo.
(VII) Metodo di martellatura
Il metodo della martellatura è un metodo semplice e comunemente utilizzato per ridurre le tensioni residue di saldatura. Dopo la saldatura della catena a rulli, quando la temperatura di saldatura è compresa tra 100 e 150 °C o superiore a 400 °C, utilizzare un piccolo martello per picchiettare uniformemente la saldatura e le aree adiacenti, causando una deformazione plastica locale del metallo, riducendo così le tensioni residue. È importante notare che durante il processo di martellatura, è consigliabile evitare temperature comprese tra 200 e 300 °C, poiché il metallo è in una fase fragile e la martellatura può facilmente causare la rottura della saldatura. Inoltre, la forza e la frequenza della martellatura devono essere moderate e devono essere regolate in base a fattori quali lo spessore della catena a rulli e le dimensioni della saldatura per garantire l'effetto e la qualità della martellatura. Il metodo della martellatura è solitamente adatto per saldature di catene a rulli di piccole dimensioni e semplici. Per saldature di catene a rulli di grandi dimensioni o complesse, l'effetto della martellatura può essere limitato e deve essere utilizzato in combinazione con altri metodi.

3. Come scegliere un metodo adatto per la riduzione dello stress residuo
Nella produzione effettiva, a seconda delle diverse situazioni e dei requisiti della catena a rulli, è necessario considerare attentamente i vantaggi e gli svantaggi, l'ambito di applicazione, i costi e altri fattori dei vari metodi di riduzione delle sollecitazioni residue per selezionare il metodo di trattamento più adatto. Ad esempio, per alcune catene a rulli ad alta precisione, elevata resistenza e con pareti spesse, la tempra ad alta temperatura può essere la scelta migliore; mentre per alcuni lotti di grandi dimensioni e forme semplici di catene a rulli, il trattamento di invecchiamento tramite vibrazioni o il metodo di martellatura possono ridurre efficacemente i costi di produzione e migliorare l'efficienza produttiva. Allo stesso tempo, nella scelta di un metodo per ridurre le sollecitazioni residue, è anche necessario considerare attentamente l'ambiente di utilizzo e le condizioni di lavoro della catena a rulli per garantire che il metodo adottato soddisfi i requisiti prestazionali e gli standard qualitativi della catena a rulli nell'uso effettivo.
4. Il ruolo della riduzione delle sollecitazioni residue nel migliorare la qualità e le prestazioni delle catene a rulli
La riduzione delle sollecitazioni residue di saldatura può migliorare significativamente la resistenza a fatica delle catene a rulli. Riducendo o eliminando le sollecitazioni residue di trazione nella catena a rulli, si riduce di conseguenza anche il livello di sollecitazione effettivo a cui è sottoposta durante il funzionamento, riducendo così il rischio di rottura per frattura causata dall'innesco e dall'espansione di cricche da fatica e prolungando la durata utile della catena a rulli.
Contribuisce a migliorare la stabilità dimensionale e la precisione di forma della catena a rulli. Un'eccessiva sollecitazione residua può causare la deformazione della catena a rulli durante l'uso, compromettendone la precisione di accoppiamento con pignoni e altri componenti e, di conseguenza, il normale funzionamento delle apparecchiature meccaniche. Riducendo la sollecitazione residua, la catena a rulli può mantenere una buona stabilità dimensionale e una buona precisione di forma durante l'uso, migliorando l'affidabilità e la precisione della trasmissione.
Può ridurre la tendenza alla corrosione sotto sforzo delle catene a rulli in ambienti corrosivi. Le sollecitazioni di trazione residue aumentano la sensibilità delle catene a rulli alla corrosione sotto sforzo in ambienti corrosivi; ridurre le sollecitazioni residue può efficacemente ridurre questo rischio, migliorare la resistenza alla corrosione delle catene a rulli in ambienti difficili e ampliarne il campo di applicazione.