Kako zmanjšati preostalo napetost v valjčni verigi po varjenju
V proizvodnem procesu valjčnih verig je varjenje ključni postopek. Vendar pa po varjenju v valjčnih verigah pogosto ostanejo preostale napetosti. Če se ne sprejmejo učinkoviti ukrepi za njihovo zmanjšanje, bo to imelo številne negativne učinke na kakovost in delovanje.valjčna veriga, kot so zmanjšanje utrujenostne trdnosti, kar povzroča deformacije in celo zlome, kar vpliva na normalno uporabo in življenjsko dobo valjčnih verig v različni mehanski opremi. Zato je zelo pomembno poglobljeno preučiti in obvladati metode za zmanjšanje preostalih napetosti pri varjenju valjčnih verig.
1. Vzroki za preostalo napetost
Med varjenjem je varilni del valjčne verige izpostavljen neenakomernemu segrevanju in hlajenju. Med varjenjem se temperatura zvara in okolice hitro dvigne, kovinski material pa se razširi; med hlajenjem pa je krčenje kovine na teh območjih omejeno z okoliško neogrevano kovino, kar ustvarja preostalo napetost pri varjenju.
Omejevalni pogoji med varjenjem bodo vplivali tudi na velikost in porazdelitev preostale napetosti. Če je valjčna veriga med varjenjem močno omejena, torej je stopnja fiksne ali omejene deformacije velika, se bo med postopkom hlajenja po varjenju preostala napetost, ki jo povzroča nezmožnost prostega krčenja, ustrezno povečala.
Dejavnikov samega kovinskega materiala ni mogoče prezreti. Različni materiali imajo različne toplotno-fizikalne in mehanske lastnosti, kar vodi do različnega toplotnega raztezanja, krčenja in meje tečenja materialov med varjenjem, kar vpliva na nastanek preostalih napetosti. Na primer, nekatera visokotrdna legirana jekla imajo visoko mejo tečenja in so nagnjena k nastanku velikih preostalih napetosti med varjenjem.
2. Metode za zmanjšanje preostalih napetosti pri varjenju valjčnih verig
(I) Optimizirajte postopek varjenja
Razumno razporedite zaporedje varjenja: Pri varjenju valjčnih verig je treba najprej zvariti zvare z velikim krčenjem, zvare z majhnim krčenjem pa kasneje. To omogoča, da se zvar med varjenjem bolj prosto krči, kar zmanjša preostalo napetost, ki jo povzroča omejeno krčenje zvara. Na primer, pri varjenju notranje in zunanje verižne plošče valjčne verige se najprej zvari notranja verižna plošča, nato pa se po ohladitvi zvari zunanja verižna plošča, tako da zvar notranje verižne plošče med krčenjem ni preveč omejen z zunanjo verižno ploščo.
Uporabite ustrezne metode in parametre varjenja: Različne metode varjenja imajo različne preostale napetosti na valjčnih verigah. Na primer, varjenje v zaščitnem plinu lahko v primerjavi z nekaterimi tradicionalnimi metodami varjenja do neke mere zmanjša območje vpliva toplote zaradi koncentrirane toplote obloka in visoke toplotne učinkovitosti, s čimer se zmanjša preostala napetost. Hkrati je ključnega pomena tudi razumna izbira parametrov, kot so varilni tok, napetost in hitrost varjenja. Prekomerni varilni tok bo povzročil prekomerno penetracijo varjenja in prekomerno vnos toplote, kar bo povzročilo pregrevanje varjenega spoja in povečanje preostale napetosti; medtem ko lahko ustrezni parametri varjenja stabilizirajo postopek varjenja, zmanjšajo napake pri varjenju in s tem zmanjšajo preostalo napetost.
Nadzor temperature vmesnega sloja: Pri varjenju valjčnih verig v več plasteh in več prehodih je nadzor temperature vmesnega sloja učinkovit ukrep za zmanjšanje preostalih napetosti. Ustrezna temperatura vmesnega sloja lahko med varjenjem ohrani dobro plastičnost kovine zvara in toplotno prizadetega območja, kar prispeva k krčenju zvara in sproščanju napetosti. Na splošno je treba temperaturo vmesnega sloja določiti glede na lastnosti materialov, uporabljenih v valjčni verigi, in zahteve varilnega postopka, temperaturo med varjenjem pa je treba meriti in nadzorovati, da se zagotovi, da je temperatura vmesnega sloja v ustreznem območju.
(II) Sprejmite ustrezne ukrepe za predgrevanje in naknadno segrevanje pri varjenju
Predgrevanje: Pred varjenjem valjčne verige lahko predgrevanje varjenega spoja učinkovito zmanjša preostalo napetost pri varjenju. Predgrevanje lahko zmanjša temperaturno razliko varjenega spoja in zagotovi bolj enakomerno porazdelitev temperature varjenega spoja med varjenjem, s čimer se zmanjša toplotna napetost, ki jo povzroča temperaturni gradient. Poleg tega lahko predgrevanje tudi poveča začetno temperaturo varjenega spoja, zmanjša temperaturno razliko med varjeno kovino in osnovnim materialom, izboljša delovanje varjenega spoja, zmanjša nastanek varilnih napak in s tem zmanjša preostalo napetost. Določanje temperature predgrevanja mora temeljiti na sestavi, debelini, načinu varjenja in temperaturi okolice materiala valjčne verige.
Dodatno segrevanje: Dodatna toplotna obdelava po varjenju, to je dehidrogenacijska obdelava, je prav tako eno od pomembnih sredstev za zmanjšanje preostalih napetosti pri varjenju valjčnih verig. Dodatna toplotna obdelava običajno segreje varjen spoj na približno 250-350 ℃ takoj po končanem varjenju in ohladi na določeno temperaturo, nato pa se po določenem času ohranjanja toplote počasi ohladi. Glavna funkcija naknadnega segrevanja je pospešiti difuzijo in uhajanje atomov vodika v varjenem spoju in območju, ki ga je prizadela toplota, zmanjšati vsebnost vodika v varjenem spoju, s čimer se zmanjša možnost razpok zaradi napetostne korozije, ki jo povzroči vodik, in pomagati pri lajšanju preostalih napetosti pri varjenju. Dodatna toplotna obdelava je še posebej pomembna za varjenje nekaterih visokotrdnostnih jekel in debelostenskih valjčnih verig.
(III) Izvedite toplotno obdelavo po varjenju
Splošno visokotemperaturno popuščanje: Celotno valjčno verigo postavite v grelno peč, jo počasi segrejte na približno 600–700 ℃, jo nekaj časa ohranjajte toplo in nato v peči ohladite na sobno temperaturo. Ta celovita visokotemperaturna obdelava popuščanja lahko učinkovito odpravi preostalo napetost v valjčni verigi, običajno se lahko odpravi 80–90 % preostale napetosti. Temperaturo in čas visokotemperaturnega popuščanja je treba natančno nadzorovati glede na dejavnike, kot so material, velikost in zahteve glede zmogljivosti valjčne verige, da se zagotovi učinek in kakovost toplotne obdelave. Vendar pa splošno visokotemperaturno popuščanje zahteva večjo opremo za toplotno obdelavo in stroški obdelave so relativno visoki, vendar je za nekatere izdelke valjčnih verig s strogimi zahtevami glede preostale napetosti idealna metoda za odpravo preostale napetosti.
Lokalno popuščanje pri visokih temperaturah: Kadar je valjčna veriga velike ali kompleksne oblike in je splošno popuščanje pri visokih temperaturah težavno, se lahko uporabi lokalno popuščanje pri visokih temperaturah. Lokalno popuščanje pri visokih temperaturah segreva le var valjčne verige in lokalno območje v njegovi bližini, da se odpravi preostala napetost na tem območju. V primerjavi s splošnim popuščanjem pri visokih temperaturah ima lokalno popuščanje relativno nižje zahteve glede opreme in stroške obdelave, vendar njegov učinek odpravljanja preostale napetosti ni tako temeljit kot pri splošnem popuščanju pri visokih temperaturah. Pri izvajanju lokalnega popuščanja pri visokih temperaturah je treba biti pozoren na enakomernost ogrevanega območja in nadzor temperature ogrevanja, da se prepreči nova koncentracija napetosti ali druge težave s kakovostjo, ki jih povzroča lokalno pregrevanje ali neenakomerna temperatura.
(IV) Metoda mehanskega raztezanja
Metoda mehanskega raztezanja je, da se na valjčno verigo po varjenju uporabi natezna sila, ki povzroči plastično deformacijo, s čimer se izravna preostala tlačna deformacija, ki nastane med varjenjem, in doseže cilj zmanjšanja preostale napetosti. V dejanskem delovanju se lahko s posebno opremo za raztezanje nastavi ustrezna natezna sila in hitrost raztezanja v skladu s specifikacijami in zahtevami glede delovanja valjčne verige, da se enakomerno raztegne. Ta metoda ima dober učinek na nekatere izdelke valjčnih verig, ki zahtevajo natančen nadzor velikosti in odpravo preostale napetosti, vendar mora biti opremljena z ustrezno opremo za raztezanje in profesionalnimi operaterji ter ima določene zahteve glede proizvodnih lokacij in procesnih pogojev.
(V) Metoda raztezanja temperaturne razlike
Osnovno načelo metode temperaturnega raztezanja je uporaba temperaturne razlike, ki nastane zaradi lokalnega segrevanja, za povzročitev natezne deformacije na varilnem območju, s čimer se zmanjša preostala napetost. Specifična operacija vključuje uporabo oksiacetilenskega gorilnika za segrevanje vsake strani varjenega valjčnega verige, hkrati pa se za gorilnikom na določeni razdalji uporabi vodna cev z vrsto lukenj za brizganje vode za hlajenje. Na ta način se na obeh straneh varjenega mesta oblikuje območje z visoko temperaturo, medtem ko je temperatura varjenega območja nizka. Kovina na obeh straneh se zaradi toplote razteza in razteza varjeno območje z nižjo temperaturo, s čimer se doseže namen odprave nekaterih preostalih napetosti pri varjenju. Oprema za metodo temperaturnega raztezanja je relativno preprosta in enostavna za uporabo. Lahko se fleksibilno uporablja na gradbišču ali proizvodnem mestu, vendar na njen učinek odpravljanja preostalih napetosti močno vplivajo parametri, kot so temperatura segrevanja, hitrost hlajenja in razdalja brizganja vode. Potrebno jo je natančno nadzorovati in prilagajati glede na dejanske pogoje.
(VI) Obdelava vibracijskega staranja
Vibracijsko staranje uporablja učinek mehanske energije vibracij, da povzroči resonanco valjčne verige, s čimer se homogenizira in zmanjša preostala napetost v obdelovancu. Valjčna veriga je nameščena na posebno opremo za vibracijsko staranje, frekvenca in amplituda vzbujevalnika pa se prilagodita tako, da valjčna veriga v določenem časovnem obdobju odzove. Med resonančnim procesom se kovinska zrna v valjčni verigi zdrsnejo in prerazporedijo, mikrostruktura se izboljša, preostala napetost pa se postopoma zmanjša. Vibracijsko staranje ima prednosti preproste opreme, kratkega časa obdelave, nizkih stroškov, visoke učinkovitosti itd. in ne vpliva na kakovost površine valjčne verige. Zato se pogosto uporablja pri izdelavi valjčnih verig. Na splošno lahko vibracijsko staranje odpravi približno 30 %–50 % preostale napetosti pri varjenju valjčnih verig. Za nekatere izdelke valjčnih verig, ki ne zahtevajo posebej visoke preostale napetosti, je vibracijsko staranje ekonomična in učinkovita metoda za odpravo preostale napetosti.
(VII) Metoda kladiva
Metoda kladiva je preprosta in pogosto uporabljena metoda za zmanjšanje preostalih napetosti pri varjenju. Po varjenju valjčne verige, ko je temperatura varjenja 100–150 ℃ ali nad 400 ℃, z majhnim kladivom enakomerno udarite po varu in sosednjih območjih, da povzročite lokalno plastično deformacijo kovine in s tem zmanjšate preostale napetosti. Upoštevajte, da se je treba med postopkom kladiva izogibati temperaturnemu območju 200–300 ℃, ker je kovina v tem času v krhki fazi in lahko kladivo zlahka povzroči razpoke v varu. Poleg tega morata biti sila in pogostost kladiva zmerni in ju je treba prilagoditi glede na dejavnike, kot sta debelina valjčne verige in velikost zvara, da se zagotovi učinek in kakovost kladiva. Metoda kladiva je običajno primerna za nekatere majhne, preproste varjene valjčne verige. Pri velikih ali kompleksnih varjenih valjčnih verigah je učinek metode kladiva lahko omejen in jo je treba uporabljati v kombinaciji z drugimi metodami.
3. Kako izbrati primerno metodo za zmanjšanje preostale napetosti
V dejanski proizvodnji je treba glede na različne situacije in zahteve valjčnih verig celovito preučiti prednosti in slabosti, področje uporabe, stroške in druge dejavnike različnih metod za zmanjšanje preostalih napetosti, da se izbere ustrezna metoda obdelave. Na primer, za nekatere visoko natančne, visoko trdne valjčne verige z debelimi stenami je lahko splošno visokotemperaturno popuščanje najboljša izbira; medtem ko lahko za nekatere velike serije in preproste oblike valjčnih verig obdelava z vibracijskim staranjem ali metoda kladiva učinkovito zmanjša proizvodne stroške in izboljša učinkovitost proizvodnje. Hkrati je treba pri izbiri metode za zmanjšanje preostalih napetosti v celoti upoštevati tudi okolje uporabe in delovne pogoje valjčne verige, da se zagotovi, da izbrana metoda izpolnjuje zahteve glede zmogljivosti in standarde kakovosti valjčne verige v dejanski uporabi.
4. Vloga zmanjšanja preostalih napetosti pri izboljšanju kakovosti in delovanja valjčnih verig
Zmanjšanje preostale napetosti pri varjenju lahko znatno izboljša utrujenostno trdnost valjčnih verig. Ko se preostala natezna napetost v valjčni verigi zmanjša ali odpravi, se ustrezno zmanjša dejanska raven napetosti, ki jo prenaša med delovanjem, s čimer se zmanjša tveganje za lom zaradi nastanka in širjenja utrujenostnih razpok ter podaljša življenjska doba valjčne verige.
Pomaga izboljšati dimenzijsko stabilnost in natančnost oblike valjčne verige. Prekomerna preostala napetost lahko povzroči deformacijo valjčne verige med uporabo, kar vpliva na njeno natančnost ujemanja z zobniki in drugimi komponentami ter s tem na normalno delovanje mehanske opreme. Z zmanjšanjem preostale napetosti lahko valjčna veriga med uporabo ohrani dobro dimenzijsko stabilnost in natančnost oblike ter izboljša zanesljivost in natančnost prenosa.
Lahko zmanjša nagnjenost k napetostno korozijskemu razpokanju valjčnih verig v korozivnih okoljih. Preostala natezna napetost bo povečala občutljivost valjčnih verig na napetostno korozijsko razpokanje v korozivnih medijih, zmanjšanje preostale napetosti pa lahko učinkovito zmanjša to tveganje, izboljša korozijsko odpornost valjčnih verig v zahtevnih okoljih in razširi njihovo področje uporabe.
Čas objave: 30. junij 2025