Análise da influência da deformação por soldagem na vida útil à fadiga de correntes de rolos.

Análise da influência da deformação por soldagem na vida útil à fadiga de correntes de rolos.

Introdução
Como um componente básico importante, amplamente utilizado em diversos sistemas de transmissão e transporte mecânico, o desempenho e a vida útil decorrente de rolosA deformação da solda tem um impacto vital na confiabilidade e na eficiência operacional de todo o equipamento. Dentre os muitos fatores que afetam a vida útil à fadiga de correntes de rolos, a deformação da solda é um aspecto importante que não pode ser ignorado. Este artigo explorará em profundidade o mecanismo de influência, o grau de influência e as medidas de controle correspondentes da deformação da solda na vida útil à fadiga de correntes de rolos, com o objetivo de auxiliar profissionais de setores relacionados a compreender melhor esse problema, de modo a adotar medidas eficazes para melhorar a qualidade e a confiabilidade das correntes de rolos, prolongar sua vida útil e garantir a operação estável do sistema mecânico.

1. Estrutura e princípio de funcionamento da corrente de rolos
A corrente de rolos é geralmente composta por componentes básicos como placa interna, placa externa, eixo, bucha e rolos. Seu princípio de funcionamento consiste em transmitir potência e movimento através do engrenamento dos dentes do rolo e da roda dentada. Durante o processo de transmissão, os diversos componentes da corrente de rolos são submetidos a tensões complexas, incluindo tensão de tração, tensão de flexão, tensão de contato e carga de impacto. A ação repetida dessas tensões causa danos por fadiga na corrente de rolos e, em última análise, afeta sua vida útil.

2. Causas da deformação na soldagem
No processo de fabricação de correntes de rolos, a soldagem é uma etapa fundamental para conectar a placa externa da corrente ao eixo do pino e outros componentes. No entanto, a deformação por soldagem é inevitável nesse processo. Os principais motivos incluem:
Entrada de calor na soldagem: Durante a soldagem, a alta temperatura gerada pelo arco faz com que a peça soldada aqueça localmente e rapidamente, causando a expansão do material. Durante o processo de resfriamento após a soldagem, a peça soldada se contrai. Devido às velocidades inconsistentes de aquecimento e resfriamento da área de soldagem e dos materiais circundantes, são geradas tensões e deformações.
Restrição de rigidez da solda: Se a solda não for rigidamente restringida durante o processo de soldagem, é mais provável que se deforme sob a ação da tensão de soldagem. Por exemplo, ao soldar placas externas de corrente delgadas, se não houver uma fixação adequada, a placa da corrente pode entortar ou torcer após a soldagem.
Sequência de soldagem inadequada: Uma sequência de soldagem inadequada leva à distribuição desigual da tensão de soldagem, o que, por sua vez, agrava o grau de deformação da solda. Por exemplo, na soldagem multipasse, se a soldagem não for realizada na ordem correta, algumas partes da peça soldada podem ser submetidas a tensão de soldagem excessiva e deformar-se.
Parâmetros de soldagem inadequados: Configurações incorretas de parâmetros como corrente, tensão e velocidade de soldagem também podem causar deformação na solda. Por exemplo, se a corrente de soldagem for muito alta, a peça soldada superaquecerá, aumentando a entrada de calor e resultando em maior deformação; se a velocidade de soldagem for muito baixa, a área soldada permanecerá exposta por muito tempo, o que também aumentará a entrada de calor e causará deformação.

3. Mecanismo da influência da deformação de soldagem na vida útil à fadiga da corrente de rolos

Efeito da concentração de tensões: A deformação da soldagem causa concentração de tensões localizadas em componentes como a placa externa da corrente de rolos. O nível de tensão na área de concentração é muito maior do que em outras partes. Sob a ação de tensões alternadas, essas áreas são mais propensas a gerar trincas de fadiga. Uma vez iniciada, a trinca de fadiga continuará a se propagar sob a ação da tensão, eventualmente causando a ruptura da placa externa da corrente, levando à falha da corrente de rolos e reduzindo sua vida útil. Por exemplo, defeitos de soldagem, como poros e rebaixos na placa externa da corrente após a soldagem, formam uma fonte de concentração de tensões, acelerando a formação e a propagação de trincas de fadiga.

Desvios na forma geométrica e problemas de encaixe: A deformação por soldagem pode causar desvios na geometria da corrente de rolos, tornando-a inconsistente com outros componentes, como as rodas dentadas. Por exemplo, a deformação por flexão da placa do elo externo pode afetar a precisão do passo da corrente de rolos, causando um encaixe deficiente entre o rolo e os dentes da roda dentada. Durante o processo de transmissão, esse encaixe deficiente gera cargas de impacto e tensões de flexão adicionais, agravando a fadiga dos diversos componentes da corrente de rolos e, consequentemente, reduzindo sua vida útil.
Alterações nas propriedades do material: A alta temperatura durante a soldagem e o subsequente processo de resfriamento causam alterações nas propriedades do material na área soldada. Por um lado, o material na zona afetada pelo calor da soldagem pode sofrer crescimento de grãos, endurecimento, etc., resultando em redução da tenacidade e plasticidade do material, tornando-o mais propenso à fratura frágil sob carga de fadiga. Por outro lado, a tensão residual gerada pela deformação da soldagem se sobrepõe à tensão de trabalho, agravando ainda mais o estado de tensão do material, acelerando o acúmulo de danos por fadiga e, consequentemente, afetando a vida útil da corrente de rolos.

4. Análise da influência da deformação de soldagem na vida útil à fadiga de correntes de rolos
Pesquisa experimental: Através de um grande número de estudos experimentais, a influência da deformação da soldagem na vida útil à fadiga de correntes de rolos pode ser analisada quantitativamente. Por exemplo, pesquisadores realizaram testes de vida útil à fadiga em correntes de rolos com diferentes graus de deformação da soldagem e descobriram que, quando a deformação da soldagem da placa do elo externo excede um determinado limite, a vida útil à fadiga da corrente de rolos é significativamente reduzida. Os resultados experimentais mostram que fatores como concentração de tensão e alterações nas propriedades do material causadas pela deformação da soldagem reduzem a vida útil à fadiga da corrente de rolos em 20% a 50%. O grau específico de influência depende da severidade da deformação da soldagem e das condições de trabalho da corrente de rolos.
Análise por simulação numérica: Com o auxílio de métodos de simulação numérica, como a análise de elementos finitos, a influência da deformação por soldagem na vida útil à fadiga da corrente de rolos pode ser estudada com maior profundidade. Ao estabelecer um modelo de elementos finitos da corrente de rolos, considerando fatores como alterações na forma geométrica, distribuição de tensões residuais e alterações nas propriedades do material causadas pela deformação por soldagem, a distribuição de tensões e a propagação de trincas por fadiga na corrente de rolos sob carga cíclica são simuladas e analisadas. Os resultados da simulação numérica são verificados mutuamente com a pesquisa experimental, esclarecendo ainda mais o mecanismo e o grau de influência da deformação por soldagem na vida útil à fadiga da corrente de rolos e fornecendo uma base teórica para a otimização do processo de soldagem e do projeto estrutural da corrente de rolos.

5. Medidas para controlar a deformação da soldagem e melhorar a vida útil à fadiga da corrente de rolos.
Otimizar o processo de soldagem:
Escolha um método de soldagem adequado: Diferentes métodos de soldagem possuem diferentes características de aporte e influência térmica. Por exemplo, em comparação com a soldagem a arco, a soldagem com proteção gasosa apresenta as vantagens de baixo aporte térmico, alta velocidade de soldagem e pequena deformação. Portanto, métodos de soldagem avançados, como a soldagem com proteção gasosa, devem ser preferidos na soldagem de correntes de rolos para reduzir a deformação.
Ajuste adequado dos parâmetros de soldagem: De acordo com o material, tamanho e outros fatores da corrente de rolos, a corrente, a tensão, a velocidade de soldagem e outros parâmetros são controlados com precisão para evitar deformações causadas por parâmetros de soldagem excessivos ou insuficientes. Por exemplo, garantindo a qualidade da solda, a corrente e a tensão podem ser reduzidas adequadamente para diminuir a entrada de calor durante a soldagem e, consequentemente, reduzir a deformação.
Utilize uma sequência de soldagem adequada: Para estruturas de correntes de rolos com múltiplas passagens de soldagem, a sequência de soldagem deve ser organizada de forma racional para que a tensão de soldagem seja distribuída uniformemente e a concentração de tensão local seja reduzida. Por exemplo, a sequência de soldagem simétrica e soldagem segmentada no verso pode controlar eficazmente a deformação da soldagem.
Aplicação de dispositivos de fixação: O projeto e a utilização de dispositivos de fixação adequados são cruciais para controlar a deformação da soldagem de correntes de rolos. Antes da soldagem, a peça soldada é firmemente fixada na posição correta por meio de dispositivos de fixação para limitar seu movimento e deformação durante o processo. Por exemplo, utilizando o método de fixação rígida e aplicando uma força de aperto adequada em ambas as extremidades da placa externa da corrente, a deformação por flexão durante a soldagem pode ser efetivamente evitada. Ao mesmo tempo, após a soldagem, o dispositivo de fixação também pode ser utilizado para corrigir a peça soldada e reduzir ainda mais a deformação resultante.
Tratamento térmico e correção pós-soldagem: O tratamento térmico pós-soldagem pode eliminar as tensões residuais de soldagem e melhorar as propriedades do material na área soldada. Por exemplo, o recozimento adequado da corrente de rolos pode refinar a granulometria do material na área soldada, reduzir a dureza e as tensões residuais, além de melhorar sua tenacidade e resistência à fadiga. Ademais, para correntes de rolos que já sofreram deformação por soldagem, a correção mecânica ou por chama pode ser utilizada para restaurá-las a uma forma próxima à original e reduzir o impacto do desvio geométrico na vida útil à fadiga.

6. Conclusão
A deformação por soldagem tem um impacto significativo na vida útil à fadiga das correntes de rolos. A concentração de tensões, o desvio da forma geométrica, os problemas de encaixe e as alterações nas propriedades do material gerados por esse processo aceleram a fadiga das correntes de rolos e reduzem sua vida útil. Portanto, no processo de fabricação de correntes de rolos, medidas eficazes devem ser tomadas para controlar a deformação por soldagem, como a otimização da tecnologia de soldagem, o uso de dispositivos de fixação, a realização de tratamento térmico e correção pós-soldagem, etc. Por meio da implementação dessas medidas, a qualidade e a confiabilidade das correntes de rolos podem ser significativamente melhoradas, e sua vida útil à fadiga pode ser prolongada, garantindo assim a operação estável dos sistemas de transmissão e transporte mecânicos e fornecendo um forte suporte para a produção e o desenvolvimento das indústrias relacionadas.