Como reduzir a tensão residual da corrente de rolos após a soldagem?

Como reduzir a tensão residual da corrente de rolos após a soldagem?
No processo de produção e fabricação de correntes de rolos, a soldagem é uma etapa fundamental. No entanto, frequentemente ocorrem tensões residuais na corrente após a soldagem. Se medidas eficazes não forem tomadas para reduzi-las, isso poderá ter diversos efeitos adversos na qualidade e no desempenho da corrente.corrente de rolos, como a redução da resistência à fadiga, causando deformação e até mesmo fratura, afetando assim o uso normal e a vida útil da corrente de rolos em diversos equipamentos mecânicos. Portanto, é muito importante estudar e dominar profundamente os métodos para reduzir a tensão residual na soldagem de correntes de rolos.

1. Causas de tensão residual
Durante o processo de soldagem, a parte da corrente de rolos a ser soldada fica sujeita a aquecimento e resfriamento desiguais. Durante a soldagem, a temperatura da solda e da área circundante aumenta rapidamente, e o material metálico se expande; e durante o processo de resfriamento, a contração do metal nessas áreas é restringida pelo metal circundante não aquecido, gerando assim tensões residuais de soldagem.
As condições de restrição durante a soldagem também afetam a magnitude e a distribuição da tensão residual. Se a corrente de rolos estiver altamente restringida durante a soldagem, ou seja, se o grau de deformação fixa ou limitada for grande, então, durante o processo de resfriamento após a soldagem, a tensão residual causada pela incapacidade de se contrair livremente também aumentará correspondentemente.
Os fatores inerentes ao próprio material metálico não podem ser ignorados. Materiais diferentes possuem propriedades termofísicas e mecânicas distintas, o que resulta em diferentes expansões e contrações térmicas, bem como limites de escoamento durante a soldagem, afetando, consequentemente, a geração de tensões residuais. Por exemplo, alguns aços-liga de alta resistência apresentam elevado limite de escoamento e são propensos a gerar grandes tensões residuais durante a soldagem.

2. Métodos para reduzir a tensão residual na soldagem de correntes de rolos

(I) Otimizar o processo de soldagem

Organize a sequência de soldagem de forma adequada: Na soldagem de correntes de rolos, as soldas com maior contração devem ser feitas primeiro, e as soldas com menor contração devem ser feitas por último. Isso permite que a solda se contraia mais livremente durante a soldagem, reduzindo a tensão residual causada pela restrição da contração. Por exemplo, ao soldar as placas interna e externa de uma corrente de rolos, a placa interna é soldada primeiro e, em seguida, a placa externa é soldada após esfriar, para que a solda da placa interna não seja muito restringida pela placa externa durante a contração.

Utilize métodos e parâmetros de soldagem adequados: Diferentes métodos de soldagem geram diferentes tensões residuais em correntes de rolos. Por exemplo, a soldagem com proteção gasosa pode reduzir a zona afetada pelo calor em certa medida, em comparação com alguns métodos de soldagem tradicionais, devido ao calor concentrado do arco e à alta eficiência térmica, reduzindo assim a tensão residual. Ao mesmo tempo, é crucial selecionar parâmetros como corrente, tensão e velocidade de soldagem de forma adequada. Correntes de soldagem excessivas levam a uma penetração excessiva da solda e a uma entrada de calor excessiva, o que causa o superaquecimento da junta soldada e aumenta a tensão residual; enquanto parâmetros de soldagem adequados podem tornar o processo de soldagem mais estável, reduzir defeitos de soldagem e, consequentemente, reduzir a tensão residual.
Controle da temperatura entre camadas: Ao soldar correntes de rolos em múltiplas camadas e passes, o controle da temperatura entre camadas é uma medida eficaz para reduzir a tensão residual. Uma temperatura adequada entre camadas mantém o metal da solda e a zona afetada pelo calor em boa plasticidade durante o processo de soldagem, o que favorece a contração da solda e a liberação de tensões. Geralmente, a temperatura entre camadas deve ser determinada de acordo com as propriedades dos materiais utilizados na corrente de rolos e os requisitos do processo de soldagem. A temperatura durante o processo de soldagem deve ser medida e controlada para garantir que a temperatura entre camadas esteja dentro da faixa adequada.
(II) Adotar medidas adequadas de pré-aquecimento e pós-aquecimento para soldagem
Pré-aquecimento: Antes de soldar a corrente de rolos, o pré-aquecimento da junta soldada pode reduzir eficazmente a tensão residual de soldagem. O pré-aquecimento diminui a diferença de temperatura na junta soldada e torna a distribuição de temperatura mais uniforme durante a soldagem, reduzindo assim a tensão térmica causada pelo gradiente de temperatura. Além disso, o pré-aquecimento também aumenta a temperatura inicial da junta soldada, reduzindo a diferença de temperatura entre o metal de solda e o material base, melhorando o desempenho da junta soldada, reduzindo a geração de defeitos de soldagem e, consequentemente, reduzindo a tensão residual. A determinação da temperatura de pré-aquecimento deve ser baseada na composição, espessura, método de soldagem e temperatura ambiente do material da corrente de rolos.
Pós-aquecimento: O tratamento térmico posterior à soldagem, ou seja, o tratamento de desidrogenação, é também um dos meios importantes para reduzir a tensão residual na soldagem de correntes de rolos. O tratamento térmico posterior geralmente consiste em aquecer a solda a cerca de 250-350 °C imediatamente após a conclusão da soldagem e resfriá-la a uma determinada temperatura, mantendo-a aquecida por um certo período de tempo. A principal função do pós-aquecimento é acelerar a difusão e a fuga de átomos de hidrogênio na solda e na zona afetada pelo calor, reduzindo o teor de hidrogênio na solda e, consequentemente, a possibilidade de fissuração por corrosão sob tensão induzida por hidrogênio, além de auxiliar no alívio da tensão residual de soldagem. O tratamento térmico posterior é particularmente importante para a soldagem de alguns aços de alta resistência e correntes de rolos de paredes espessas.
(III) Realizar tratamento térmico pós-soldagem
Revenimento total em alta temperatura: Coloque a corrente de rolos inteira em um forno de aquecimento, aqueça-a lentamente a cerca de 600-700 °C, mantenha-a aquecida por um determinado período de tempo e, em seguida, resfrie-a à temperatura ambiente com o próprio forno. Este tratamento de revenimento total em alta temperatura pode eliminar eficazmente a tensão residual na corrente de rolos, geralmente eliminando de 80% a 90% dessa tensão. A temperatura e o tempo de revenimento devem ser controlados com precisão, levando em consideração fatores como o material, as dimensões e os requisitos de desempenho da corrente de rolos, para garantir a eficácia e a qualidade do tratamento térmico. No entanto, o tratamento de revenimento total em alta temperatura requer equipamentos de tratamento térmico de grande porte e o custo do tratamento é relativamente alto, mas para alguns produtos de corrente de rolos com requisitos rigorosos de tensão residual, é um método ideal para eliminá-la.
Revenimento localizado em alta temperatura: Quando a corrente de rolos é grande ou possui formato complexo, e o revenimento total em alta temperatura é difícil, o revenimento localizado em alta temperatura pode ser utilizado. Este processo consiste em aquecer apenas a solda da corrente de rolos e a área próxima a ela para eliminar a tensão residual nessa região. Comparado ao revenimento total em alta temperatura, o revenimento localizado em alta temperatura requer equipamentos e custos de processamento relativamente menores, porém seu efeito na eliminação da tensão residual não é tão completo quanto o do revenimento total. Ao realizar o revenimento localizado em alta temperatura, deve-se atentar para a uniformidade da área de aquecimento e para o controle da temperatura, a fim de evitar a concentração de novas tensões ou outros problemas de qualidade causados ​​por superaquecimento local ou temperatura irregular.
(IV) Método de alongamento mecânico
O método de estiramento mecânico consiste em aplicar uma força de tração à corrente de rolos após a soldagem para causar deformação plástica, compensando assim a deformação residual de compressão gerada durante o processo de soldagem e atingindo o objetivo de reduzir a tensão residual. Na prática, equipamentos de estiramento especiais podem ser usados ​​para definir a força de tração e a velocidade de estiramento adequadas, de acordo com as especificações e os requisitos de desempenho da corrente de rolos, para esticá-la uniformemente. Este método apresenta bons resultados em alguns produtos de corrente de rolos que exigem controle dimensional preciso e eliminação de tensões residuais, mas necessita de equipamentos de estiramento correspondentes e operadores especializados, além de apresentar certos requisitos quanto ao local de produção e às condições do processo.
(V) Método de alongamento por diferença de temperatura
O princípio básico do método de estiramento por diferença de temperatura consiste em utilizar a diferença de temperatura gerada pelo aquecimento localizado para causar deformação por tração na área da solda, reduzindo assim a tensão residual. A operação específica consiste em utilizar um maçarico oxiacetilênico para aquecer cada lado da solda da corrente de rolos e, simultaneamente, utilizar um tubo de água com uma fileira de furos para pulverizar água para resfriamento a uma certa distância atrás do maçarico. Desta forma, forma-se uma área de alta temperatura em ambos os lados da solda, enquanto a temperatura da área de soldagem é baixa. O metal em ambos os lados se expande devido ao calor e estica a área de solda com temperatura mais baixa, atingindo assim o objetivo de eliminar parte da tensão residual da soldagem. O equipamento para o método de estiramento por diferença de temperatura é relativamente simples e fácil de operar. Pode ser aplicado de forma flexível no canteiro de obras ou na linha de produção, mas seu efeito na eliminação da tensão residual é bastante afetado por parâmetros como temperatura de aquecimento, velocidade de resfriamento e distância de pulverização de água. É necessário controlá-los e ajustá-los com precisão de acordo com as condições reais.
(VI) Tratamento de envelhecimento por vibração
O tratamento de envelhecimento por vibração utiliza o efeito da energia mecânica da vibração para fazer a corrente de rolos ressoar, homogeneizando e reduzindo a tensão residual no interior da peça. A corrente de rolos é colocada em um equipamento especial de envelhecimento por vibração, e a frequência e a amplitude do excitador são ajustadas para que a corrente ressoe por um determinado período de tempo. Durante o processo de ressonância, os grãos metálicos dentro da corrente de rolos deslizam e se rearranjam, a microestrutura é melhorada e a tensão residual diminui gradualmente. O tratamento de envelhecimento por vibração apresenta vantagens como equipamento simples, tempo de processamento curto, baixo custo e alta eficiência, além de não afetar a qualidade da superfície da corrente de rolos. Portanto, tem sido amplamente utilizado na produção de correntes de rolos. De modo geral, o tratamento de envelhecimento por vibração pode eliminar cerca de 30% a 50% da tensão residual da soldagem da corrente de rolos. Para alguns produtos de corrente de rolos que não exigem uma tensão residual particularmente alta, o tratamento de envelhecimento por vibração é um método econômico e eficaz para a sua eliminação.
(VII) Método de martelagem
O método de martelamento é um método simples e comumente usado para reduzir a tensão residual de soldagem. Após a soldagem da corrente de rolos, quando a temperatura da solda estiver entre 100 e 150 °C ou acima de 400 °C, utilize um pequeno martelo para golpear uniformemente a solda e as áreas adjacentes, causando deformação plástica localizada no metal e, assim, reduzindo a tensão residual. Deve-se observar que, durante o processo de martelamento, deve-se evitar a faixa de temperatura de 200 a 300 °C, pois o metal encontra-se em um estado frágil nessa faixa, e o martelamento pode facilmente causar trincas na solda. Além disso, a força e a frequência do martelamento devem ser moderadas e ajustadas de acordo com fatores como a espessura da corrente de rolos e o tamanho da solda, para garantir o efeito e a qualidade do martelamento. O método de martelamento geralmente é adequado para soldas de correntes de rolos pequenas e simples. Para soldas de correntes de rolos grandes ou complexas, o efeito do método de martelamento pode ser limitado e precisa ser usado em combinação com outros métodos.

3. Como escolher um método adequado de redução de tensões residuais
Na produção real, de acordo com as diferentes situações e requisitos da corrente de rolos, é necessário considerar de forma abrangente as vantagens e desvantagens, o escopo de aplicação, o custo e outros fatores dos vários métodos de redução de tensões residuais para selecionar o método de tratamento mais adequado. Por exemplo, para algumas correntes de rolos de alta precisão, alta resistência e paredes espessas, o revenimento em alta temperatura pode ser a melhor opção; enquanto para alguns lotes grandes e correntes de rolos com formatos simples, o tratamento de envelhecimento por vibração ou o método de martelamento podem reduzir efetivamente os custos de produção e aumentar a eficiência. Ao mesmo tempo, ao escolher um método para reduzir as tensões residuais, também é necessário considerar integralmente o ambiente de uso e as condições de trabalho da corrente de rolos para garantir que o método adotado atenda aos requisitos de desempenho e aos padrões de qualidade da corrente de rolos em uso real.
4. O papel da redução da tensão residual na melhoria da qualidade e do desempenho das correntes de rolos.
A redução da tensão residual de soldagem pode melhorar significativamente a resistência à fadiga das correntes de rolos. Quando a tensão residual de tração na corrente de rolos é reduzida ou eliminada, o nível de tensão real que ela suporta durante a operação é reduzido correspondentemente, diminuindo assim o risco de falha por fratura causada pelo início e propagação de trincas de fadiga e prolongando a vida útil da corrente de rolos.
Isso ajuda a melhorar a estabilidade dimensional e a precisão dimensional da corrente de rolos. O excesso de tensão residual pode causar a deformação da corrente durante o uso, afetando sua precisão de encaixe com as rodas dentadas e outros componentes, e, consequentemente, o funcionamento normal do equipamento mecânico. Ao reduzir a tensão residual, a corrente de rolos mantém uma boa estabilidade dimensional e precisão dimensional durante o uso, melhorando a confiabilidade e a precisão da transmissão.
Pode reduzir a tendência de fissuração por corrosão sob tensão em correntes de rolos em ambientes corrosivos. A tensão residual de tração aumenta a sensibilidade das correntes de rolos à fissuração por corrosão sob tensão em meios corrosivos, e a redução dessa tensão residual pode diminuir efetivamente esse risco, melhorar a resistência à corrosão das correntes de rolos em ambientes agressivos e ampliar sua gama de aplicações.