Analiza vpliva varilne deformacije na utrujenostno dobo valjčne verige
Uvod
Kot pomembna osnovna komponenta, ki se pogosto uporablja v različnih mehanskih prenosnih in transportnih sistemih, sta zmogljivost in življenjska dobavaljčna verigaimajo ključno vlogo na zanesljivost in obratovalno učinkovitost celotne opreme. Med številnimi dejavniki, ki vplivajo na utrujenostno življenjsko dobo valjčne verige, je varilna deformacija pomemben vidik, ki ga ne smemo prezreti. Ta članek bo podrobno raziskal mehanizem vpliva, stopnjo vpliva in ustrezne kontrolne ukrepe varilne deformacije na utrujenostno življenjsko dobo valjčne verige, s ciljem pomagati strokovnjakom v sorodnih panogah bolje razumeti to problematiko, da bi lahko sprejeli učinkovite ukrepe za izboljšanje kakovosti in zanesljivosti valjčne verige, podaljšanje njene življenjske dobe in zagotovitev stabilnega delovanja mehanskega sistema.
1. Zgradba in princip delovanja valjčne verige
Valjčna veriga je običajno sestavljena iz osnovnih komponent, kot so notranja verižna plošča, zunanja verižna plošča, zatič, puša in valj. Njeno načelo delovanja je prenos moči in gibanja prek prepletanja zob valja in zobnikov. Med prenosom so različne komponente valjčne verige izpostavljene kompleksnim obremenitvam, vključno z natezno napetostjo, upogibno napetostjo, kontaktno napetostjo in udarno obremenitvijo. Ponavljajoče se delovanje teh napetosti povzroči utrujenostno poškodbo valjčne verige in na koncu vpliva na njeno življenjsko dobo.
2. Vzroki za deformacijo pri varjenju
V proizvodnem procesu valjčnih verig je varjenje ključni postopek, ki se uporablja za povezavo zunanje plošče verige z gredjo zatiča in drugimi komponentami. Vendar pa so deformacije zaradi varjenja med varjenjem neizogibne. Glavni razlogi so:
Vnos toplote pri varjenju: Med varjenjem visoka temperatura, ki jo ustvarja oblok, povzroči lokalno in hitro segrevanje varjenega spoja, kar povzroči raztezanje materiala. Med postopkom hlajenja po varjenju se varjeni spoj skrči. Zaradi neenakomernih hitrosti segrevanja in hlajenja varjenega območja in okoliških materialov nastanejo varilne napetosti in deformacije.
Omejitev togosti varjenja: Če varjenje med varjenjem ni togo pritrjeno, je večja verjetnost, da se bo pod vplivom varilnih napetosti deformiralo. Na primer, pri varjenju nekaterih vitkih zunanjih verižnih plošč se lahko verižna plošča po varjenju upogne ali zvije, če ni ustrezne objemke za njihovo pritrditev.
Nerazumno zaporedje varjenja: Nerazumno zaporedje varjenja bo povzročilo neenakomerno porazdelitev varilne napetosti, kar bo posledično poslabšalo stopnjo deformacije varjenja. Na primer, pri večprehodnem varjenju, če varjenje ni izvedeno v pravilnem vrstnem redu, so lahko nekateri deli varjenega spoja izpostavljeni prekomerni varilni napetosti in se deformirajo.
Nepravilni parametri varjenja: Nepravilne nastavitve parametrov, kot so varilni tok, napetost in hitrost varjenja, lahko povzročijo tudi deformacijo varjenja. Če je na primer varilni tok prevelik, se bo varjenje pregrelo, kar bo povečalo dovod toplote in povzročilo večjo deformacijo varjenja; če je hitrost varjenja prepočasna, bo varilno območje ostalo predolgo, kar bo prav tako povečalo dovod toplote in povzročilo deformacijo.
3. Mehanizem vpliva varilne deformacije na utrujenostno dobo valjčne verige
Učinek koncentracije napetosti: Varilna deformacija povzroči lokalno koncentracijo napetosti v komponentah, kot je zunanja verižna plošča valjčne verige. Raven napetosti na območju koncentracije napetosti je veliko višja kot na drugih delih. Pod vplivom izmeničnih napetosti je večja verjetnost, da bodo na teh območjih nastale utrujenostne razpoke. Ko se utrujenostna razpoka enkrat pojavi, se bo pod vplivom napetosti še naprej širila, kar bo sčasoma povzročilo zlom zunanje verižne plošče, kar bo povzročilo odpoved valjčne verige in skrajšalo njeno utrujenostno življenjsko dobo. Na primer, varilne napake, kot so jamice in spodrezi na zunanji verižni plošči po varjenju, bodo tvorile vir koncentracije napetosti, kar bo pospešilo nastanek in širjenje utrujenostnih razpok.
Odstopanje geometrijske oblike in težave z ujemanjem: Deformacija varjenja lahko povzroči odstopanja v geometriji valjčne verige, zaradi česar ni skladna z drugimi komponentami, kot so zobniki. Na primer, upogibna deformacija zunanje vezne plošče lahko vpliva na splošno natančnost koraka valjčne verige, kar povzroči slabo ujemanje med valjčkom in zobmi zobnika. Med prenosom bo to slabo ujemanje ustvarilo dodatne udarne obremenitve in upogibne napetosti, kar bo poslabšalo utrujenostno poškodbo različnih komponent valjčne verige in s tem zmanjšalo njeno življenjsko dobo.
Spremembe lastnosti materiala: Visoka temperatura med varjenjem in poznejši proces hlajenja povzročita spremembe lastnosti materiala na varjenem območju. Po eni strani se lahko material v območju toplotnega vpliva varjenja zgosti, utrdi itd., kar povzroči zmanjšano žilavost in plastičnost materiala ter poveča nagnjenost k krhkemu lomu pod obremenitvijo zaradi utrujenosti. Po drugi strani pa se preostala napetost, ki nastane zaradi deformacije pri varjenju, nalaga na delovno napetost, kar dodatno poslabša napetostno stanje materiala, pospeši kopičenje utrujenostnih poškodb in s tem vpliva na utrujenostno življenjsko dobo valjčne verige.
4. Analiza vpliva varilne deformacije na utrujenostno dobo valjčnih verig
Eksperimentalne raziskave: Z velikim številom eksperimentalnih študij je mogoče kvantitativno analizirati vpliv varilne deformacije na utrujenostno življenjsko dobo valjčnih verig. Raziskovalci so na primer izvedli teste utrujenosti na valjčnih verigah z različnimi stopnjami varilne deformacije in ugotovili, da se utrujenostna življenjska doba valjčne verige znatno zmanjša, ko varilna deformacija zunanje vezne plošče preseže določeno mejo. Eksperimentalni rezultati kažejo, da dejavniki, kot so koncentracija napetosti in spremembe lastnosti materiala, ki jih povzroča varilna deformacija, skrajšajo utrujenostno življenjsko dobo valjčne verige za 20 %–50 %. Specifična stopnja vpliva je odvisna od resnosti varilne deformacije in delovnih pogojev valjčne verige.
Numerična simulacijska analiza: S pomočjo numeričnih simulacijskih metod, kot je analiza končnih elementov, je mogoče podrobneje preučiti vpliv varilne deformacije na utrujenostno življenjsko dobo valjčne verige. Z vzpostavitvijo modela končnih elementov valjčne verige, pri čemer se upoštevajo dejavniki, kot so spremembe geometrijske oblike, porazdelitev preostalih napetosti in spremembe lastnosti materiala, ki jih povzroča varilna deformacija, se simulira in analizira porazdelitev napetosti in širjenje utrujenostnih razpok valjčne verige pod obremenitvijo zaradi utrujenosti. Rezultati numerične simulacije so medsebojno potrjeni z eksperimentalnimi raziskavami, kar dodatno pojasnjuje mehanizem in stopnjo vpliva varilne deformacije na utrujenostno življenjsko dobo valjčne verige ter zagotavlja teoretično osnovo za optimizacijo varilnega procesa in strukturne zasnove valjčne verige.
5. Ukrepi za nadzor deformacije varjenja in izboljšanje utrujenostne dobe valjčne verige
Optimizirajte postopek varjenja:
Izbira ustrezne metode varjenja: Različne metode varjenja imajo različne značilnosti vnosa toplote in vpliva toplote. Na primer, v primerjavi z obločnim varjenjem ima varjenje v zaščitni plinski atmosferi prednosti nizkega vnosa toplote, visoke hitrosti varjenja in majhne deformacije pri varjenju. Zato je treba pri varjenju valjčnih verig dati prednost naprednim metodam varjenja, kot je varjenje v zaščitni plinski atmosferi, da se zmanjša deformacija pri varjenju.
Razumna prilagoditev varilnih parametrov: Glede na material, velikost in druge dejavnike valjčne verige se varilni tok, napetost, hitrost varjenja in drugi parametri natančno nadzorujejo, da se prepreči deformacija varjenja zaradi prevelikih ali premajhnih varilnih parametrov. Na primer, pod pogojem zagotavljanja kakovosti varjenja se lahko varilni tok in napetost ustrezno zmanjšata, da se zmanjša dovod toplote varjenja in s tem deformacija varjenja.
Uporabite ustrezno zaporedje varjenja: Pri konstrukcijah valjčnih verig z več prehodi varjenja je treba zaporedje varjenja razumno razporediti tako, da se napetost pri varjenju enakomerno porazdeli in zmanjša lokalna koncentracija napetosti. Na primer, zaporedje varjenja s simetričnim varjenjem in segmentnim povratnim varjenjem lahko učinkovito nadzoruje deformacijo varjenja.
Uporaba vpenjalnih naprav: Zasnova in uporaba ustreznih vpenjalnih naprav je ključnega pomena za nadzor varilne deformacije valjčnih verig. Pred varjenjem je varjena konstrukcija trdno pritrjena v pravilnem položaju s pomočjo vpenjalnih naprav, da se omeji njeno gibanje in deformacija med varjenjem. Na primer, z uporabo toge pritrditve in ustrezno vpenjalno silo na obeh koncih zunanje plošče verige je mogoče učinkovito preprečiti upogibno deformacijo med varjenjem. Hkrati se lahko po varjenju vpenjalo uporabi tudi za korekcijo varjene konstrukcije, da se dodatno zmanjša varilna deformacija.
Toplotna obdelava in korekcija po varjenju: Toplotna obdelava po varjenju lahko odpravi preostale napetosti pri varjenju in izboljša lastnosti materiala na varjenem območju. Na primer, pravilno žarjenje valjčne verige lahko izboljša zrnatost materiala na varjenem območju, zmanjša trdoto in preostale napetosti materiala ter izboljša njegovo žilavost in odpornost proti utrujenosti. Poleg tega se lahko pri valjčnih verigah, ki so že povzročile varilne deformacije, uporabi mehanska korekcija ali korekcija plamena, da se jim povrne oblika blizu zasnove in zmanjša vpliv odstopanja geometrijske oblike na utrujenostno življenjsko dobo.
6. Zaključek
Varilna deformacija ima pomemben vpliv na utrujenostno življenjsko dobo valjčnih verig. Koncentracija napetosti, odstopanja geometrijske oblike in težave z ujemanjem ter spremembe lastnosti materiala, ki jih to povzroča, pospešijo utrujenostne poškodbe valjčnih verig in skrajšajo njihovo življenjsko dobo. Zato je treba v proizvodnem procesu valjčnih verig sprejeti učinkovite ukrepe za nadzor varilne deformacije, kot so optimizacija tehnologije varjenja, uporaba vpenjalnih naprav, izvedba toplotne obdelave in korekcije po varjenju itd. Z izvajanjem teh ukrepov je mogoče znatno izboljšati kakovost in zanesljivost valjčnih verig ter podaljšati njihovo utrujenostno življenjsko dobo, s čimer se zagotovi stabilno delovanje mehanskih prenosnih in transportnih sistemov ter močno podpira proizvodnja in razvoj sorodnih industrij.
Čas objave: 4. junij 2025