Ako znížiť zvyškové napätie vo valčekovej reťazi po zváraní
Vo výrobnom procese valčekových reťazí je zváranie kľúčovým procesom. Po zváraní však vo valčekových reťaziach často pretrváva zvyškové napätie. Ak sa neprijmú účinné opatrenia na jeho zníženie, bude to mať mnoho nepriaznivých vplyvov na kvalitu a výkonnosť.valčeková reťaz, ako napríklad zníženie jeho únavovej pevnosti, spôsobenie deformácie a dokonca aj zlomenia, čo ovplyvňuje bežné používanie a životnosť valčekových reťazí v rôznych mechanických zariadeniach. Preto je veľmi dôležité dôkladne študovať a ovládať metódy na zníženie zvyškového napätia pri zváraní valčekových reťazí.
1. Príčiny zvyškového napätia
Počas zvárania je zváraná časť valčekovej reťaze vystavená nerovnomernému zahrievaniu a chladeniu. Počas zvárania teplota zvaru a okolitej oblasti rýchlo stúpa a kovový materiál sa rozťahuje; a počas chladnutia je zmršťovanie kovu v týchto oblastiach obmedzené okolitým nezohriatym kovom, čím vzniká zvyškové napätie pri zváraní.
Obmedzovacie podmienky počas zvárania tiež ovplyvnia veľkosť a rozloženie zvyškového napätia. Ak je valčeková reťaz počas zvárania silne obmedzená, t. j. stupeň fixnej alebo obmedzenej deformácie je veľký, potom sa počas procesu chladnutia po zváraní zodpovedajúcim spôsobom zvýši aj zvyškové napätie spôsobené neschopnosťou voľného zmršťovania.
Nemožno ignorovať faktory samotného kovového materiálu. Rôzne materiály majú rôzne tepelné, fyzikálne a mechanické vlastnosti, čo vedie k rôznej tepelnej rozťažnosti, sťahovaniu a medzi klzu materiálov počas zvárania, a tým ovplyvňuje vznik zvyškového napätia. Napríklad niektoré vysokopevnostné legované ocele majú vysokú medzu klzu a sú náchylné na vytváranie veľkého zvyškového napätia počas zvárania.
2. Metódy na zníženie zvyškového napätia pri zváraní valčekových reťazí
(I) Optimalizácia procesu zvárania
Rozumné usporiadanie postupnosti zvárania: Pri zváraní valčekových reťazí by sa mali najskôr zvárať zvary s veľkým zmrštením a neskôr zvary s malým zmrštením. To umožňuje voľnejšie zmršťovanie zvaru počas zvárania, čím sa znižuje zvyškové napätie spôsobené obmedzeným zmrštením zvaru. Napríklad pri zváraní vnútorných a vonkajších reťazových dosiek valčekovej reťaze sa najskôr zvarí vnútorná reťazová doska a po vychladnutí sa zvarí vonkajšia reťazová doska, aby zvar vnútornej reťazovej dosky nebol pri zmršťovaní príliš obmedzený vonkajšou reťazovou doskou.
Používajte vhodné metódy a parametre zvárania: Rôzne metódy zvárania majú rôzne zvyškové napätia na valčekových reťaziach. Napríklad zváranie v ochrannej atmosfére plynu môže do určitej miery znížiť tepelne ovplyvnenú zónu v porovnaní s niektorými tradičnými metódami zvárania vďaka koncentrovanému teplu oblúka a vysokej tepelnej účinnosti, čím sa znižuje zvyškové napätie. Zároveň je dôležité rozumne zvoliť parametre, ako je zvárací prúd, napätie a rýchlosť zvárania. Nadmerný zvárací prúd povedie k nadmernému prevareniu zvaru a nadmernému prívodu tepla, čo spôsobí prehriatie zvarového spoja a zvýšenie zvyškového napätia; zatiaľ čo vhodné parametre zvárania môžu stabilizovať proces zvárania, znížiť chyby zvárania a tým znížiť zvyškové napätie.
Regulácia teploty medzivrstvy: Pri zváraní valčekových reťazí vo viacerých vrstvách a viacerých prechodoch je regulácia teploty medzivrstvy účinným opatrením na zníženie zvyškového napätia. Vhodná teplota medzivrstvy môže udržať kov zvaru a tepelne ovplyvnenej zóny v dobrej plasticite počas procesu zvárania, čo prispieva k zmršťovaniu zvaru a uvoľneniu napätia. Vo všeobecnosti by sa teplota medzivrstvy mala určiť podľa vlastností materiálov použitých vo valčekovej reťazi a požiadaviek procesu zvárania a teplota počas procesu zvárania by sa mala merať a regulovať, aby sa zabezpečilo, že teplota medzivrstvy je v príslušnom rozsahu.
(II) Prijať vhodné opatrenia na predhrievanie a dodatočné ohrievanie zvárania
Predhrev: Pred zváraním valčekovej reťaze môže predhrev zvaru účinne znížiť zvyškové napätie pri zváraní. Predhrev môže znížiť teplotný rozdiel zvarového spoja a zabezpečiť rovnomernejšie rozloženie teploty zvaru počas zvárania, čím sa zníži tepelné napätie spôsobené teplotným gradientom. Okrem toho môže predhrev tiež zvýšiť počiatočnú teplotu zvaru, znížiť teplotný rozdiel medzi zvarovým kovom a základným materiálom, zlepšiť výkon zvarového spoja, znížiť vznik chýb zvaru a tým znížiť zvyškové napätie. Stanovenie teploty predhrevu by malo byť založené na zložení, hrúbke, spôsobe zvárania a okolitej teplote materiálu valčekovej reťaze.
Dodatočný ohrev: Dodatočné tepelné spracovanie po zváraní, teda dehydrogenačné spracovanie, je tiež jedným z dôležitých prostriedkov na zníženie zvyškového napätia pri zváraní valčekových reťazí. Dodatočné tepelné spracovanie zvyčajne zahreje zvar na približne 250 – 350 ℃ ihneď po dokončení zvárania a ochladí na určitú teplotu a potom po určitom čase udržiavania v teple pomaly ochladí. Hlavnou funkciou dodatočného ohrevu je urýchliť difúziu a únik atómov vodíka vo zvare a tepelne ovplyvnenej zóne, znížiť obsah vodíka vo zvare, čím sa zníži možnosť vzniku korózneho praskania v dôsledku vodíka a tiež pomôcť zmierniť zvyškové napätie pri zváraní. Dodatočné tepelné spracovanie je obzvlášť dôležité pri zváraní niektorých vysokopevnostných ocelí a hrubostenných valčekových reťazí.
(III) Vykonajte tepelné spracovanie po zváraní
Celkové vysokoteplotné popúšťanie: Celá valčeková reťaz sa umiestni do vykurovacej pece, pomaly sa zahreje na približne 600 – 700 ℃, udržiava sa v teple určitý čas a potom sa v peci ochladí na izbovú teplotu. Toto celkové vysokoteplotné popúšťanie dokáže účinne eliminovať zvyškové napätie vo valčekovej reťazi, zvyčajne sa dá eliminovať 80 % – 90 % zvyškového napätia. Teplota a čas vysokoteplotného popúšťania by sa mali presne kontrolovať podľa faktorov, ako je materiál, veľkosť a výkonnostné požiadavky valčekovej reťaze, aby sa zabezpečil účinok a kvalita tepelného spracovania. Celkové vysokoteplotné popúšťanie si však vyžaduje väčšie zariadenia na tepelné spracovanie a náklady na spracovanie sú relatívne vysoké, ale pre niektoré produkty valčekových reťazí s prísnymi požiadavkami na zvyškové napätie je to ideálna metóda na elimináciu zvyškového napätia.
Lokálne vysokoteplotné popúšťanie: Ak je valčeková reťaz veľká alebo má zložitý tvar a celkové vysokoteplotné popúšťanie je náročné, je možné použiť lokálne vysokoteplotné popúšťanie. Lokálne vysokoteplotné popúšťanie spočíva v ohrievaní iba zvaru valčekovej reťaze a lokálnej oblasti v jeho blízkosti, aby sa eliminovalo zvyškové napätie v tejto oblasti. V porovnaní s celkovým vysokoteplotným popúšťaním má lokálne vysokoteplotné popúšťanie relatívne nižšie požiadavky na zariadenie a náklady na spracovanie, ale jeho účinok na elimináciu zvyškového napätia nie je taký dôkladný ako pri celkovom vysokoteplotnom popúšťaní. Pri vykonávaní lokálneho vysokoteplotného popúšťania by sa mala venovať pozornosť rovnomernosti ohrevnej plochy a regulácii teploty ohrevu, aby sa predišlo novej koncentrácii napätia alebo iným problémom s kvalitou spôsobeným lokálnym prehriatím alebo nerovnomernou teplotou.
(IV) Metóda mechanického naťahovania
Metóda mechanického naťahovania spočíva v pôsobení ťahovej sily na valčekovú reťaz po zváraní, aby sa vyvolala plastická deformácia, čím sa kompenzuje zvyšková tlaková deformácia vznikajúca počas procesu zvárania a dosiahne sa cieľ zníženia zvyškového napätia. V skutočnej prevádzke sa môže použiť špeciálne naťahovacie zariadenie na nastavenie vhodnej ťahovej sily a rýchlosti naťahovania podľa špecifikácií a výkonnostných požiadaviek valčekovej reťaze, aby sa rovnomerne natiahla. Táto metóda má dobrý vplyv na niektoré produkty valčekových reťazí, ktoré vyžadujú presnú kontrolu veľkosti a elimináciu zvyškového napätia, ale vyžaduje si príslušné naťahovacie zariadenie a profesionálnych operátorov a má určité požiadavky na výrobné miesta a procesné podmienky.
(V) Metóda naťahovania teplotným rozdielom
Základným princípom metódy teplotného rozdielu naťahovania je využitie teplotného rozdielu generovaného lokálnym ohrevom na vyvolanie ťahovej deformácie v oblasti zvaru, čím sa znižuje zvyškové napätie. Konkrétna operácia spočíva v použití autogenného horáka na ohrev každej strany zvaru valčekovej reťaze a súčasnom použití vodného potrubia s radom otvorov na rozprašovanie vody na chladenie v určitej vzdialenosti za horákom. Týmto spôsobom sa na oboch stranách zvaru vytvorí oblasť s vysokou teplotou, zatiaľ čo teplota zvarovej oblasti je nízka. Kov na oboch stranách sa vplyvom tepla roztiahne a natiahne oblasť zvaru s nižšou teplotou, čím sa dosiahne cieľ eliminácie zvyškového napätia pri zváraní. Zariadenie metódy teplotného rozdielu naťahovania je relatívne jednoduché a ľahko sa ovláda. Dá sa flexibilne použiť na stavenisku alebo vo výrobe, ale jeho účinok eliminácie zvyškového napätia je výrazne ovplyvnený parametrami, ako je teplota ohrevu, rýchlosť chladenia a vzdialenosť rozprašovania vody. Je potrebné ho presne regulovať a nastavovať podľa skutočných podmienok.
(VI) Ošetrenie vibračným starnutím
Vibračná úprava starnutím využíva efekt mechanickej energie vibrácií na rezonanciu valčekovej reťaze, čím sa homogenizuje a znižuje zvyškové napätie vo vnútri obrobku. Valčeková reťaz sa umiestni na špeciálne zariadenie na vibračné starnutie a frekvencia a amplitúda budiča sa nastavia tak, aby valčeková reťaz rezonovala v určitom časovom období. Počas rezonančného procesu sa kovové zrná vo vnútri valčekovej reťaze posúvajú a preskupujú, zlepšuje sa mikroštruktúra a postupne sa znižuje zvyškové napätie. Vibračná úprava starnutím má výhody jednoduchého zariadenia, krátkeho času spracovania, nízkych nákladov, vysokej účinnosti atď. a neovplyvňuje kvalitu povrchu valčekovej reťaze. Preto sa široko používa pri výrobe valčekových reťazí. Vo všeobecnosti môže vibračná úprava starnutím eliminovať približne 30 % – 50 % zvyškového napätia pri zváraní valčekových reťazí. Pre niektoré výrobky z valčekových reťazí, ktoré nevyžadujú obzvlášť vysoké zvyškové napätie, je vibračná úprava starnutím ekonomickou a účinnou metódou na elimináciu zvyškového napätia.
(VII) Metóda kovania
Metóda príklepu je jednoduchá a bežne používaná metóda na zníženie zvyškového napätia pri zváraní. Po zváraní valčekovej reťaze, keď je teplota zvaru 100 – 150 ℃ alebo vyššia ako 400 ℃, sa malým kladivom rovnomerne poklepe na zvar a jeho priľahlé oblasti, aby sa spôsobila lokálna plastická deformácia kovu a tým sa znížilo zvyškové napätie. Treba poznamenať, že počas procesu príklepu by sa malo vyhnúť teplotnému rozsahu 200 – 300 ℃, pretože kov je v tomto čase v krehkom štádiu a príklep môže ľahko spôsobiť praskanie zvaru. Okrem toho by sila a frekvencia príklepu mali byť mierne a mali by sa upraviť podľa faktorov, ako je hrúbka valčekovej reťaze a veľkosť zvaru, aby sa zabezpečil účinok a kvalita príklepu. Metóda príklepu je zvyčajne vhodná pre niektoré malé, jednoduché zvary valčekových reťazí. Pri veľkých alebo zložitých zvaroch valčekových reťazí môže byť účinok metódy príklepu obmedzený a je potrebné ju použiť v kombinácii s inými metódami.
3. Ako si vybrať vhodnú metódu na zníženie zvyškového napätia
V skutočnej výrobe je potrebné v závislosti od rôznych situácií a požiadaviek valčekovej reťaze komplexne zvážiť výhody a nevýhody, rozsah použitia, náklady a ďalšie faktory rôznych metód znižovania zvyškového napätia, aby sa vybrala vhodná metóda spracovania. Napríklad pre niektoré vysoko presné, vysoko pevné, hrubostenné valčekové reťaze môže byť najlepšou voľbou celkové popúšťanie pri vysokej teplote; zatiaľ čo pre niektoré veľké série a jednoduché tvary valčekových reťazí môže vibračné starnutie alebo metóda kladivového kovania účinne znížiť výrobné náklady a zlepšiť efektivitu výroby. Zároveň je pri výbere metódy na zníženie zvyškového napätia potrebné plne zvážiť aj prostredie použitia a pracovné podmienky valčekovej reťaze, aby sa zabezpečilo, že zvolená metóda spĺňa výkonnostné požiadavky a normy kvality valčekovej reťaze v reálnom použití.
4. Úloha znižovania zvyškového napätia pri zlepšovaní kvality a výkonu valčekových reťazí
Zníženie zvyškového napätia pri zváraní môže výrazne zlepšiť únavovú pevnosť valčekových reťazí. Keď sa zvyškové ťahové napätie vo valčekovej reťazi zníži alebo eliminuje, skutočná úroveň napätia, ktoré znáša počas prevádzky, sa zodpovedajúcim spôsobom zníži, čím sa zníži riziko lomu spôsobeného vznikom a rozširovaním únavových trhlín a predlžuje sa životnosť valčekovej reťaze.
Pomáha zlepšiť rozmerovú stabilitu a tvarovú presnosť valčekovej reťaze. Nadmerné zvyškové napätie môže spôsobiť deformáciu valčekovej reťaze počas používania, čo ovplyvňuje jej presnosť prispôsobenia sa ozubeným kolesám a iným komponentom, a tým ovplyvňuje normálnu prevádzku mechanických zariadení. Znížením zvyškového napätia si valčeková reťaz môže počas používania udržať dobrú rozmerovú stabilitu a tvarovú presnosť a zlepšiť spoľahlivosť a presnosť prevodu.
Môže znížiť tendenciu valčekových reťazí ku koróznemu praskaniu v korozívnom prostredí. Zvyškové ťahové napätie zvýši citlivosť valčekových reťazí na korózne praskanie v korozívnom prostredí a zníženie zostatkového napätia môže toto riziko účinne znížiť, zlepšiť odolnosť valčekových reťazí proti korózii v náročných prostrediach a rozšíriť rozsah ich použitia.
Čas uverejnenia: 30. júna 2025