Hvordan redusere restspenningen i rullekjeden etter sveising
I produksjons- og produksjonsprosessen av rullekjeder er sveising en nøkkelprosess. Imidlertid vil det ofte være restspenning i rullekjeden etter sveising. Hvis det ikke iverksettes effektive tiltak for å redusere dette, vil det ha mange negative effekter på kvaliteten og ytelsen tilrullekjede, som å redusere utmattingsstyrken, forårsake deformasjon og til og med brudd, og dermed påvirke normal bruk og levetid for rullekjeder i diverse mekaniske utstyr. Derfor er det svært viktig å studere og mestre metodene for å redusere restspenningen ved sveising av rullekjeder grundig.
1. Årsaker til reststress
Under sveiseprosessen vil sveisedelen av rullekjeden bli utsatt for ujevn oppvarming og avkjøling. Under sveising stiger temperaturen på sveisen og området rundt raskt, og metallmaterialet utvider seg; og under avkjølingsprosessen begrenses metallsammentrekningen i disse områdene av det omkringliggende uoppvarmede metallet, noe som genererer restspenninger under sveising.
Begrensningsbetingelsene under sveising vil også påvirke størrelsen og fordelingen av restspenningen. Hvis rullekjeden er sterkt begrenset under sveising, det vil si at graden av fast eller begrenset deformasjon er stor, vil restspenningen forårsaket av manglende evne til å krympe fritt øke tilsvarende under kjøleprosessen etter sveising.
Faktorene knyttet til selve metallmaterialet kan ikke ignoreres. Ulike materialer har forskjellige termiske, fysiske og mekaniske egenskaper, noe som vil føre til ulik termisk utvidelse, sammentrekning og flytegrense for materialene under sveising, og dermed påvirke genereringen av restspenninger. For eksempel har noen høyfaste legeringsstål høy flytegrense og er tilbøyelige til å generere store restspenninger under sveising.
2. Metoder for å redusere restspenning ved sveising av rullekjeder
(I) Optimaliser sveiseprosessen
Ordne sveisesekvensen på en rimelig måte: Ved sveising av rullekjeder bør sveisene med stor krymping sveises først, og sveisene med liten krymping bør sveises senere. Dette gjør at sveisen krymper friere under sveising, noe som reduserer restspenningen forårsaket av den begrensede krympingen i sveisen. For eksempel, når man sveiser de indre og ytre kjettingplatene på en rullekjede, sveises den indre kjettingplaten først, og deretter sveises den ytre kjettingplaten etter at den er avkjølt, slik at sveisen på den indre kjettingplaten ikke begrenses for mye av den ytre kjettingplaten under krymping.
Bruk passende sveisemetoder og parametere: Ulike sveisemetoder har forskjellige restspenninger på rullekjeder. For eksempel kan gassskjermet sveising redusere den varmepåvirkede sonen til en viss grad sammenlignet med noen tradisjonelle sveisemetoder på grunn av den konsentrerte lysbuevarmen og den høye termiske effektiviteten, og dermed redusere restspenningen. Samtidig er det også avgjørende å velge parametere som sveisestrøm, spenning og sveisehastighet på en rimelig måte. For høy sveisestrøm vil føre til for høy sveiseinntrengning og for høy varmetilførsel, noe som vil føre til at sveiseskjøten overopphetes og øker restspenningen. Passende sveiseparametere kan gjøre sveiseprosessen mer stabil, redusere sveisefeil og dermed redusere restspenningen.
Kontroll av mellomlagstemperaturen: Ved sveising av rullekjeder i flere lag og flere omganger er kontroll av mellomlagstemperaturen et effektivt tiltak for å redusere restspenning. Riktig mellomlagstemperatur kan holde metallet i sveisen og den varmepåvirkede sonen i god plastisitet under sveiseprosessen, noe som bidrar til krymping av sveisen og frigjøring av spenninger. Generelt bør mellomlagstemperaturen bestemmes i henhold til egenskapene til materialene som brukes i rullekjeden og sveiseprosessens krav, og temperaturen under sveiseprosessen bør måles og kontrolleres for å sikre at mellomlagstemperaturen er innenfor riktig område.
(II) Ta i bruk passende tiltak for forvarming og ettervarming ved sveising
Forvarming: Før sveising av rullekjeden kan forvarming av sveiseforbindelsen effektivt redusere restspenningen under sveising. Forvarming kan redusere temperaturforskjellen i sveiseskjøten og gjøre temperaturfordelingen i sveiseforbindelsen jevnere under sveising, og dermed redusere termisk spenning forårsaket av temperaturgradienten. I tillegg kan forvarming også øke starttemperaturen på sveiseforbindelsen, redusere temperaturforskjellen mellom sveisemetallet og basismaterialet, forbedre ytelsen til sveiseforbindelsen, redusere generering av sveisefeil og dermed redusere restspenning. Bestemmelsen av forvarmingstemperaturen bør baseres på sammensetningen, tykkelsen, sveisemetoden og omgivelsestemperaturen til rullekjedematerialet.
Ettervarming: Ettervarmebehandling etter sveising, det vil si dehydrogeneringsbehandling, er også et viktig virkemiddel for å redusere restspenningen ved rullekjedesveising. Ettervarmebehandling varmer vanligvis opp sveisestykket til omtrent 250–350 ℃ umiddelbart etter at sveisingen er fullført og avkjøles til en viss temperatur, og avkjøles deretter sakte etter å ha holdt det varmt i en viss periode. Hovedfunksjonen til ettervarmen er å akselerere diffusjonen og frigjøringen av hydrogenatomer i sveisestykket og den varmepåvirkede sonen, redusere hydrogeninnholdet i sveisestykket, og dermed redusere muligheten for hydrogenindusert spenningskorrosjonssprekker, og også bidra til å avlaste sveiserestspenninger. Ettervarmebehandling er spesielt viktig for sveising av noen høyfaste ståltyper og tykkveggede rullekjeder.
(III) Utfør varmebehandling etter sveising
Generell høytemperaturherding: Plasser hele rullekjeden i en varmeovn, varm den sakte opp til omtrent 600–700 ℃, hold den varm i en viss periode, og avkjøl den deretter til romtemperatur med ovnen. Denne generelle høytemperaturherdingsbehandlingen kan effektivt eliminere restspenningen i rullekjeden, vanligvis kan 80–90 % av restspenningen elimineres. Temperaturen og tiden for høytemperaturherdingen bør kontrolleres nøyaktig i henhold til faktorer som materiale, størrelse og ytelseskrav til rullekjeden for å sikre varmebehandlingseffekt og kvalitet. Generell høytemperaturherding krever imidlertid større varmebehandlingsutstyr, og behandlingskostnadene er relativt høye, men for noen rullekjedeprodukter med strenge krav til restspenning er det en ideell metode for å eliminere restspenning.
Lokal høytemperaturherding: Når rullekjeden er stor i størrelse eller kompleks i form, og generell høytemperaturherding er vanskelig, kan lokal høytemperaturherding brukes. Lokal høytemperaturherding er å varme opp bare sveisen på rullekjeden og det lokale området rundt den for å eliminere restspenningen i området. Sammenlignet med generell høytemperaturherding har lokal høytemperaturherding relativt lavere utstyrskrav og prosesseringskostnader, men effekten av å eliminere restspenning er ikke like grundig som generell høytemperaturherding. Ved utførelse av lokal høytemperaturherding bør man være oppmerksom på ensartetheten i oppvarmingsområdet og kontrollen av oppvarmingstemperaturen for å unngå ny spenningskonsentrasjon eller andre kvalitetsproblemer forårsaket av lokal overoppheting eller ujevn temperatur.
(IV) Mekanisk strekkmetode
Den mekaniske strekkmetoden går ut på å påføre en strekkraft på rullekjeden etter sveising for å forårsake plastisk deformasjon, og dermed motvirke den komprimerende restdeformasjonen som genereres under sveiseprosessen og oppnå formålet med å redusere restspenning. I faktisk drift kan spesielt strekkutstyr brukes til å stille inn passende strekkraft og strekkhastighet i henhold til spesifikasjonene og ytelseskravene til rullekjeden for å strekke rullekjeden jevnt. Denne metoden har en god effekt på noen rullekjedeprodukter som krever presis størrelseskontroll og eliminering av restspenning, men den må utstyres med tilsvarende strekkutstyr og profesjonelle operatører, og har visse krav til produksjonssteder og prosessforhold.
(V) Temperaturforskjellsstrekkmetode
Grunnprinsippet for temperaturforskjellsstrekkmetoden er å bruke temperaturforskjellen generert av lokal oppvarming til å forårsake strekkdeformasjon i sveiseområdet, og dermed redusere restspenning. Den spesifikke operasjonen er å bruke en oksyacetylenbrenner til å varme opp hver side av rullekjedesveisen, og samtidig bruke et vannrør med en rad hull til å spraye vann for kjøling i en viss avstand bak brenneren. På denne måten dannes et høytemperaturområde på begge sider av sveisen, mens temperaturen i sveiseområdet er lav. Metallet på begge sider utvider seg på grunn av varme og strekker sveiseområdet med en lavere temperatur, og oppnår dermed formålet med å eliminere noe av sveiseresterspenningen. Utstyret til temperaturforskjellsstrekkmetoden er relativt enkelt og lett å betjene. Den kan brukes fleksibelt på byggeplassen eller produksjonsstedet, men effekten av å eliminere restspenning påvirkes i stor grad av parametere som oppvarmingstemperatur, kjølehastighet og vannsprøyteavstand. Den må kontrolleres og justeres nøyaktig i henhold til faktiske forhold.
(VI) Vibrasjonsaldringsbehandling
Vibrasjonsaldringsbehandling bruker effekten av vibrasjonsmekanisk energi for å få rullekjeden til å resonere, slik at restspenningen inne i arbeidsstykket homogeniseres og reduseres. Rullekjeden plasseres på et spesielt vibrasjonsaldringsutstyr, og frekvensen og amplituden til eksitatoren justeres for å få rullekjeden til å resonere innen en viss tidsperiode. Under resonansprosessen vil metallkornene inne i rullekjeden gli og omorganisere seg, mikrostrukturen vil forbedres, og restspenningen vil gradvis reduseres. Vibrasjonsaldringsbehandling har fordelene med enkelt utstyr, kort prosesseringstid, lave kostnader, høy effektivitet, etc., og vil ikke påvirke overflatekvaliteten til rullekjeden. Derfor har den blitt mye brukt i rullekjedeproduksjon. Generelt sett kan vibrasjonsaldringsbehandling eliminere omtrent 30 %–50 % av restspenningen fra rullekjedesveising. For noen rullekjedeprodukter som ikke krever spesielt høy restspenning, er vibrasjonsaldringsbehandling en økonomisk og effektiv metode for å eliminere restspenning.
(VII) Hammermetode
Hammermetoden er en enkel og vanlig metode for å redusere restspenninger i sveising. Etter at rullekjeden er sveiset, når sveisetemperaturen er på 100–150 ℃ eller over 400 ℃, bruk en liten hammer til å jevnt banke sveisen og tilstøtende områder for å forårsake lokal plastisk deformasjon av metallet, og dermed redusere restspenninger. Det bør bemerkes at under hammerprosessen bør den unngås i temperaturområdet 200–300 ℃, fordi metallet er i et sprøtt stadium på dette tidspunktet, og hamring kan lett føre til at sveisen sprekker. I tillegg bør kraften og frekvensen av hamringen være moderat, og bør justeres i henhold til faktorer som tykkelsen på rullekjeden og størrelsen på sveisen for å sikre hamringseffekten og kvaliteten. Hammermetoden er vanligvis egnet for noen små, enkle rullekjedesveisninger. For store eller komplekse rullekjedesveisninger kan effekten av hammermetoden være begrenset og må brukes i kombinasjon med andre metoder.
3. Hvordan velge en passende metode for reduksjon av restspenning
I den faktiske produksjonen, i henhold til de ulike situasjonene og kravene til rullekjeden, er det nødvendig å vurdere fordeler og ulemper, anvendelsesområde, kostnader og andre faktorer ved ulike metoder for reduksjon av restspenning grundig for å velge en passende behandlingsmetode. For eksempel, for noen høypresisjons-, høyfaste og tykkveggede rullekjeder kan generell høytemperaturherding være det beste valget. For noen store partier og enkle former på rullekjeder kan vibrasjonsaldring eller hammermetoden effektivt redusere produksjonskostnadene og forbedre produksjonseffektiviteten. Samtidig, når man velger en metode for å redusere restspenning, er det også nødvendig å ta hensyn til bruksmiljøet og arbeidsforholdene til rullekjeden fullt ut for å sikre at metoden som brukes kan oppfylle ytelseskravene og kvalitetsstandardene til rullekjeden i faktisk bruk.
4. Rollen av å redusere restspenning i å forbedre kvaliteten og ytelsen til rullekjeder
Å redusere restspenningen under sveising kan forbedre utmattingsfastheten til rullekjeder betydelig. Når restspenningen i rullekjeden reduseres eller elimineres, reduseres det faktiske spenningsnivået den utsettes for under drift tilsvarende, og dermed reduseres risikoen for bruddskader forårsaket av initiering og utvidelse av utmattingssprekker og rullekjeden forlenges levetiden.
Det bidrar til å forbedre dimensjonsstabiliteten og formnøyaktigheten til rullekjeden. For mye restspenning kan føre til at rullekjeden deformeres under bruk, noe som påvirker nøyaktigheten til samsvar med tannhjul og andre komponenter, og dermed påvirker normal drift av mekanisk utstyr. Ved å redusere restspenning kan rullekjeden opprettholde god dimensjonsstabilitet og formnøyaktighet under bruk, og forbedre påliteligheten og nøyaktigheten til transmisjonen.
Det kan redusere tendensen til spenningskorrosjonssprekker i rullekjeder i korrosive miljøer. Reststrekkspenning vil øke rullekjedenes følsomhet for spenningskorrosjonssprekker i korrosive medier, og reduksjon av restspenning kan effektivt redusere denne risikoen, forbedre korrosjonsmotstanden til rullekjeder i tøffe miljøer og utvide bruksområdet deres.
Publisert: 30. juni 2025