วิธีลดความเค้นตกค้างของโซ่ลูกกลิ้งหลังการเชื่อม

วิธีลดความเค้นตกค้างของโซ่ลูกกลิ้งหลังการเชื่อม
ในกระบวนการผลิตและประกอบโซ่ลูกกลิ้ง การเชื่อมเป็นกระบวนการสำคัญ อย่างไรก็ตาม มักจะเกิดความเค้นตกค้างในโซ่ลูกกลิ้งหลังการเชื่อม หากไม่ดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อลดความเค้นตกค้างนี้ จะส่งผลเสียหลายประการต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของโซ่ลูกกลิ้งโซ่ลูกกลิ้งเช่น การลดความแข็งแรงต่อความล้า ทำให้เกิดการเสียรูปและอาจถึงขั้นแตกหัก ซึ่งส่งผลกระทบต่อการใช้งานและอายุการใช้งานของโซ่ลูกกลิ้งในเครื่องจักรกลต่างๆ ดังนั้น การศึกษาและทำความเข้าใจวิธีการลดความเค้นตกค้างในการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้งอย่างลึกซึ้งจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

1. สาเหตุของความเค้นตกค้าง
ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ส่วนที่เชื่อมของโซ่ลูกกลิ้งจะได้รับความร้อนและการเย็นตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ในระหว่างการเชื่อม อุณหภูมิของรอยเชื่อมและบริเวณโดยรอบจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และวัสดุโลหะจะขยายตัว และในระหว่างกระบวนการเย็นตัว การหดตัวของโลหะในบริเวณเหล่านี้จะถูกจำกัดโดยโลหะโดยรอบที่ไม่ได้รับความร้อน จึงทำให้เกิดความเค้นตกค้างจากการเชื่อม
เงื่อนไขข้อจำกัดระหว่างการเชื่อมจะมีผลต่อขนาดและการกระจายตัวของความเค้นตกค้างด้วยเช่นกัน หากโซ่ลูกกลิ้งถูกจำกัดอย่างมากระหว่างการเชื่อม กล่าวคือ ระดับของการเสียรูปที่คงที่หรือถูกจำกัดมีมาก ในระหว่างกระบวนการระบายความร้อนหลังการเชื่อม ความเค้นตกค้างที่เกิดจากการไม่สามารถหดตัวได้อย่างอิสระก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
ปัจจัยของวัสดุโลหะเองก็ไม่อาจมองข้ามได้ วัสดุแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางความร้อน ทางกายภาพ และทางกลที่แตกต่างกัน ซึ่งจะนำไปสู่การขยายตัว การหดตัว และความแข็งแรงคราคของวัสดุที่แตกต่างกันในระหว่างการเชื่อม จึงส่งผลต่อการเกิดความเค้นตกค้าง ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าผสมความแข็งแรงสูงบางชนิดมีความแข็งแรงคราคสูงและมีแนวโน้มที่จะเกิดความเค้นตกค้างมากในระหว่างการเชื่อม

2. วิธีการลดความเค้นตกค้างในการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้ง

(I) ปรับปรุงกระบวนการเชื่อมให้เหมาะสม

จัดลำดับการเชื่อมให้เหมาะสม: สำหรับการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้ง ควรเชื่อมรอยเชื่อมที่มีการหดตัวมากก่อน และเชื่อมรอยเชื่อมที่มีการหดตัวน้อยในภายหลัง วิธีนี้จะช่วยให้รอยเชื่อมหดตัวได้อย่างอิสระมากขึ้นในระหว่างการเชื่อม ลดความเครียดตกค้างที่เกิดจากการหดตัวที่ถูกจำกัดของรอยเชื่อม ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมแผ่นโซ่ด้านในและด้านนอกของโซ่ลูกกลิ้ง ควรเชื่อมแผ่นโซ่ด้านในก่อน แล้วจึงเชื่อมแผ่นโซ่ด้านนอกหลังจากที่เย็นตัวลงแล้ว เพื่อไม่ให้รอยเชื่อมของแผ่นโซ่ด้านในถูกจำกัดมากเกินไปโดยแผ่นโซ่ด้านนอกในระหว่างการหดตัว

ใช้กรรมวิธีและพารามิเตอร์การเชื่อมที่เหมาะสม: การเชื่อมแต่ละแบบส่งผลให้เกิดความเค้นตกค้างบนโซ่ลูกกลิ้งแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น การเชื่อมแบบใช้แก๊สปกคลุมสามารถลดบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้ในระดับหนึ่งเมื่อเทียบกับวิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิมบางวิธี เนื่องจากความร้อนจากอาร์คที่เข้มข้นและประสิทธิภาพทางความร้อนสูง จึงช่วยลดความเค้นตกค้างได้ ในขณะเดียวกัน การเลือกพารามิเตอร์ที่เหมาะสม เช่น กระแสเชื่อม แรงดัน และความเร็วในการเชื่อม ก็มีความสำคัญเช่นกัน กระแสเชื่อมที่มากเกินไปจะนำไปสู่การแทรกซึมของการเชื่อมมากเกินไปและการป้อนความร้อนมากเกินไป ซึ่งจะทำให้รอยเชื่อมร้อนจัดและเพิ่มความเค้นตกค้าง ในขณะที่พารามิเตอร์การเชื่อมที่เหมาะสมจะทำให้กระบวนการเชื่อมมีความเสถียรมากขึ้น ลดข้อบกพร่องในการเชื่อม และลดความเค้นตกค้างได้
การควบคุมอุณหภูมิระหว่างชั้น: ในการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้งหลายชั้นและหลายรอบ การควบคุมอุณหภูมิระหว่างชั้นเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการลดความเค้นตกค้าง อุณหภูมิระหว่างชั้นที่เหมาะสมจะช่วยรักษาสภาพความยืดหยุ่นที่ดีของโลหะในรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในระหว่างกระบวนการเชื่อม ซึ่งเอื้อต่อการหดตัวของรอยเชื่อมและการคลายความเค้น โดยทั่วไป อุณหภูมิระหว่างชั้นควรถูกกำหนดตามคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในโซ่ลูกกลิ้งและข้อกำหนดของกระบวนการเชื่อม และควรวัดและควบคุมอุณหภูมิในระหว่างกระบวนการเชื่อมเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิระหว่างชั้นอยู่ในช่วงที่เหมาะสม
(II) ปรับใช้มาตรการอุ่นก่อนและหลังการเชื่อมที่เหมาะสม
การอุ่นก่อนเชื่อม: ก่อนการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้ง การอุ่นชิ้นงานก่อนเชื่อมสามารถลดความเค้นตกค้างจากการเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การอุ่นก่อนเชื่อมจะช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิบริเวณรอยเชื่อมและทำให้การกระจายอุณหภูมิของชิ้นงานสม่ำเสมอมากขึ้นในระหว่างการเชื่อม ซึ่งจะช่วยลดความเค้นจากความร้อนที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ นอกจากนี้ การอุ่นก่อนเชื่อมยังสามารถเพิ่มอุณหภูมิเริ่มต้นของชิ้นงาน ลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างโลหะเชื่อมและวัสดุฐาน ปรับปรุงประสิทธิภาพของรอยเชื่อม ลดการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อม และลดความเค้นตกค้างได้ การกำหนดอุณหภูมิการอุ่นก่อนเชื่อมควรพิจารณาจากส่วนประกอบ ความหนา วิธีการเชื่อม และอุณหภูมิแวดล้อมของวัสดุโซ่ลูกกลิ้ง
การอบชุบหลังการเชื่อม: การอบชุบหลังการเชื่อม หรือที่เรียกว่าการกำจัดไฮโดรเจน เป็นอีกหนึ่งวิธีสำคัญในการลดความเค้นตกค้างจากการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้ง การอบชุบหลังการเชื่อมมักจะให้ความร้อนแก่ชิ้นงานเชื่อมทันทีที่อุณหภูมิประมาณ 250-350 องศาเซลเซียส แล้วลดอุณหภูมิลงจนถึงระดับหนึ่ง จากนั้นจึงค่อยๆ ลดอุณหภูมิลงหลังจากคงอุณหภูมิอุ่นไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง หน้าที่หลักของการอบชุบหลังการเชื่อมคือการเร่งการแพร่กระจายและการระเหยของอะตอมไฮโดรเจนในรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ลดปริมาณไฮโดรเจนในชิ้นงานเชื่อม จึงช่วยลดโอกาสการแตกร้าวจากการกัดกร่อนเนื่องจากความเค้นที่เกิดจากไฮโดรเจน และยังช่วยลดความเค้นตกค้างจากการเชื่อมอีกด้วย การอบชุบหลังการเชื่อมมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงบางชนิดและโซ่ลูกกลิ้งผนังหนา
(III) ดำเนินการอบชุบความร้อนหลังการเชื่อม
การอบชุบด้วยความร้อนสูงทั้งชิ้น: นำโซ่ลูกกลิ้งทั้งหมดใส่ในเตาอบความร้อน ค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิจนถึงประมาณ 600-700 องศาเซลเซียส คงอุณหภูมิไว้ระยะหนึ่ง แล้วจึงปล่อยให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องพร้อมกับเตาอบ การอบชุบด้วยความร้อนสูงทั้งชิ้นนี้สามารถขจัดความเค้นตกค้างในโซ่ลูกกลิ้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยปกติแล้วจะสามารถขจัดความเค้นตกค้างได้ 80%-90% อุณหภูมิและระยะเวลาในการอบชุบด้วยความร้อนสูงควรได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำตามปัจจัยต่างๆ เช่น วัสดุ ขนาด และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของโซ่ลูกกลิ้ง เพื่อให้มั่นใจถึงผลการอบชุบและคุณภาพ อย่างไรก็ตาม การอบชุบด้วยความร้อนสูงทั้งชิ้นต้องใช้อุปกรณ์อบชุบขนาดใหญ่ และต้นทุนการอบชุบก็ค่อนข้างสูง แต่สำหรับผลิตภัณฑ์โซ่ลูกกลิ้งบางชนิดที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความเค้นตกค้าง วิธีนี้เป็นวิธีการที่เหมาะสมในการขจัดความเค้นตกค้าง
การอบชุบด้วยความร้อนสูงเฉพาะจุด: เมื่อโซ่ลูกกลิ้งมีขนาดใหญ่หรือมีรูปทรงซับซ้อน และการอบชุบด้วยความร้อนสูงทั่วทั้งชิ้นงานทำได้ยาก สามารถใช้การอบชุบด้วยความร้อนสูงเฉพาะจุดได้ การอบชุบด้วยความร้อนสูงเฉพาะจุดคือการให้ความร้อนเฉพาะบริเวณรอยเชื่อมของโซ่ลูกกลิ้งและบริเวณใกล้เคียงเพื่อขจัดความเค้นตกค้างในบริเวณนั้น เมื่อเทียบกับการอบชุบด้วยความร้อนสูงทั่วทั้งชิ้นงาน การอบชุบด้วยความร้อนสูงเฉพาะจุดมีข้อกำหนดด้านอุปกรณ์และต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า แต่ผลในการขจัดความเค้นตกค้างจะไม่สมบูรณ์เท่ากับการอบชุบด้วยความร้อนสูงทั่วทั้งชิ้นงาน เมื่อทำการอบชุบด้วยความร้อนสูงเฉพาะจุด ควรให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอของบริเวณที่ให้ความร้อนและการควบคุมอุณหภูมิที่ให้ความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดความเค้นใหม่หรือปัญหาคุณภาพอื่นๆ ที่เกิดจากการให้ความร้อนสูงเกินไปหรืออุณหภูมิไม่สม่ำเสมอในบริเวณนั้น
(IV) วิธีการยืดเชิงกล
วิธีการยืดเชิงกลคือการใช้แรงดึงกับโซ่ลูกกลิ้งหลังจากการเชื่อมเพื่อทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติก ซึ่งจะช่วยชดเชยการเสียรูปตกค้างจากการบีบอัดที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อม และบรรลุวัตถุประสงค์ในการลดความเครียดตกค้าง ในการใช้งานจริง สามารถใช้อุปกรณ์ยืดพิเศษเพื่อตั้งค่าแรงดึงและความเร็วในการยืดที่เหมาะสมตามข้อกำหนดและความต้องการด้านประสิทธิภาพของโซ่ลูกกลิ้ง เพื่อยืดโซ่ลูกกลิ้งอย่างสม่ำเสมอ วิธีนี้ได้ผลดีกับผลิตภัณฑ์โซ่ลูกกลิ้งบางชนิดที่ต้องการการควบคุมขนาดที่แม่นยำและการกำจัดความเครียดตกค้าง แต่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ยืดที่เหมาะสมและผู้ปฏิบัติงานที่มีความเชี่ยวชาญ และมีข้อกำหนดบางประการสำหรับสถานที่ผลิตและสภาวะกระบวนการ
(V) วิธีการยืดด้วยความแตกต่างของอุณหภูมิ
หลักการพื้นฐานของวิธีการยืดด้วยความแตกต่างของอุณหภูมิคือการใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดจากการให้ความร้อนเฉพาะจุดเพื่อทำให้เกิดการเสียรูปดึงในบริเวณรอยเชื่อม ซึ่งจะช่วยลดความเค้นตกค้าง วิธีการทำงานเฉพาะคือใช้หัวเผาออกซิอะเซทิลีนให้ความร้อนกับแต่ละด้านของรอยเชื่อมโซ่ลูกกลิ้ง และในขณะเดียวกันก็ใช้ท่อน้ำที่มีรูเรียงกันฉีดน้ำเพื่อระบายความร้อนในระยะห่างจากหัวเผา ด้วยวิธีนี้ จะเกิดบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นที่ทั้งสองด้านของรอยเชื่อม ในขณะที่อุณหภูมิของบริเวณรอยเชื่อมต่ำ โลหะที่ทั้งสองด้านจะขยายตัวเนื่องจากความร้อนและยืดบริเวณรอยเชื่อมที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดความเค้นตกค้างจากการเชื่อมได้บางส่วน อุปกรณ์ของวิธีการยืดด้วยความแตกต่างของอุณหภูมิค่อนข้างง่ายและใช้งานง่าย สามารถนำไปใช้ได้อย่างยืดหยุ่นในสถานที่ก่อสร้างหรือสถานที่ผลิต แต่ผลในการกำจัดความเค้นตกค้างนั้นได้รับผลกระทบอย่างมากจากพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิความร้อน ความเร็วในการระบายความร้อน และระยะการฉีดน้ำ จำเป็นต้องควบคุมและปรับอย่างแม่นยำตามสภาพจริง
(VI) การบำบัดด้วยการสั่นสะเทือนเพื่อชะลอความแก่
การอบชุบด้วยการสั่นสะเทือนใช้พลังงานกลจากการสั่นสะเทือนเพื่อทำให้โซ่ลูกกลิ้งเกิดการสั่นพ้อง ทำให้ความเค้นตกค้างภายในชิ้นงานมีความสม่ำเสมอและลดลง โดยวางโซ่ลูกกลิ้งไว้บนอุปกรณ์อบชุบด้วยการสั่นสะเทือนแบบพิเศษ และปรับความถี่และแอมพลิจูดของตัวกระตุ้นเพื่อให้โซ่ลูกกลิ้งสั่นพ้องภายในระยะเวลาที่กำหนด ในระหว่างกระบวนการสั่นพ้อง เม็ดโลหะภายในโซ่ลูกกลิ้งจะเลื่อนและจัดเรียงใหม่ โครงสร้างจุลภาคจะดีขึ้น และความเค้นตกค้างจะค่อยๆ ลดลง การอบชุบด้วยการสั่นสะเทือนมีข้อดีคือ อุปกรณ์ง่าย เวลาดำเนินการสั้น ต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง ฯลฯ และจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพพื้นผิวของโซ่ลูกกลิ้ง ดังนั้นจึงมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตโซ่ลูกกลิ้ง โดยทั่วไปแล้ว การอบชุบด้วยการสั่นสะเทือนสามารถกำจัดความเค้นตกค้างของการเชื่อมโซ่ลูกกลิ้งได้ประมาณ 30% – 50% สำหรับผลิตภัณฑ์โซ่ลูกกลิ้งบางชนิดที่ไม่ต้องการความเค้นตกค้างสูงเป็นพิเศษ การอบชุบด้วยการสั่นสะเทือนจึงเป็นวิธีการที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพในการกำจัดความเค้นตกค้าง
(VII) วิธีการตอก
วิธีการตอกเป็นวิธีที่ง่ายและใช้กันทั่วไปในการลดความเค้นตกค้างจากการเชื่อม หลังจากเชื่อมโซ่ลูกกลิ้งแล้ว เมื่ออุณหภูมิการเชื่อมอยู่ที่ 100 – 150℃ หรือสูงกว่า 400℃ ให้ใช้ค้อนขนาดเล็กตอกลงบนรอยเชื่อมและบริเวณใกล้เคียงอย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้เกิดการเสียรูปพลาสติกเฉพาะที่ของโลหะ ซึ่งจะช่วยลดความเค้นตกค้าง ควรระวังว่าในระหว่างกระบวนการตอก ควรหลีกเลี่ยงช่วงอุณหภูมิ 200 – 300℃ เพราะโลหะจะอยู่ในสภาวะเปราะในเวลานั้น และการตอกอาจทำให้รอยเชื่อมแตกได้ง่าย นอกจากนี้ แรงและความถี่ในการตอกควรอยู่ในระดับปานกลาง และควรปรับตามปัจจัยต่างๆ เช่น ความหนาของโซ่ลูกกลิ้งและขนาดของรอยเชื่อม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์และคุณภาพของการตอก วิธีการตอกมักเหมาะสำหรับรอยเชื่อมโซ่ลูกกลิ้งขนาดเล็กและเรียบง่าย สำหรับรอยเชื่อมโซ่ลูกกลิ้งขนาดใหญ่หรือซับซ้อน ผลของวิธีการตอกอาจมีข้อจำกัดและจำเป็นต้องใช้ร่วมกับวิธีการอื่นๆ

3. วิธีการเลือกวิธีการลดความเค้นตกค้างที่เหมาะสม
ในการผลิตจริง ตามสถานการณ์และความต้องการที่แตกต่างกันของโซ่ลูกกลิ้ง จำเป็นต้องพิจารณาข้อดีข้อเสีย ขอบเขตการใช้งาน ต้นทุน และปัจจัยอื่นๆ ของวิธีการลดความเค้นตกค้างต่างๆ อย่างรอบด้าน เพื่อเลือกวิธีการที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น สำหรับโซ่ลูกกลิ้งที่มีความแม่นยำสูง ความแข็งแรงสูง และผนังหนา การอบชุบด้วยความร้อนสูงทั้งชิ้นอาจเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด ในขณะที่สำหรับโซ่ลูกกลิ้งจำนวนมากและรูปทรงที่เรียบง่าย การบำบัดด้วยการสั่นสะเทือนหรือวิธีการตอกสามารถลดต้นทุนการผลิตและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน เมื่อเลือกวิธีการลดความเค้นตกค้าง จำเป็นต้องพิจารณาสภาพแวดล้อมการใช้งานและสภาวะการทำงานของโซ่ลูกกลิ้งอย่างครบถ้วน เพื่อให้แน่ใจว่าวิธีการที่ใช้สามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพและมาตรฐานคุณภาพของโซ่ลูกกลิ้งในการใช้งานจริงได้
4. บทบาทของการลดความเค้นตกค้างในการปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของโซ่ลูกกลิ้ง
การลดความเค้นตกค้างจากการเชื่อมสามารถช่วยเพิ่มความแข็งแรงต่อความล้าของโซ่ลูกกลิ้งได้อย่างมาก เมื่อความเค้นดึงตกค้างในโซ่ลูกกลิ้งลดลงหรือหมดไป ระดับความเค้นที่เกิดขึ้นจริงระหว่างการใช้งานก็จะลดลงตามไปด้วย ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงต่อการแตกหักที่เกิดจากการเริ่มต้นและการขยายตัวของรอยแตกจากความล้า และยืดอายุการใช้งานของโซ่ลูกกลิ้งได้
ช่วยปรับปรุงเสถียรภาพด้านมิติและความแม่นยำของรูปทรงของโซ่ลูกกลิ้ง ความเค้นตกค้างที่มากเกินไปอาจทำให้โซ่ลูกกลิ้งเสียรูปขณะใช้งาน ส่งผลต่อความแม่นยำในการเข้าคู่กับเฟืองและส่วนประกอบอื่นๆ และส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของเครื่องจักรกล การลดความเค้นตกค้างจะช่วยให้โซ่ลูกกลิ้งรักษาเสถียรภาพด้านมิติและความแม่นยำของรูปทรงได้ดีขณะใช้งาน และเพิ่มความน่าเชื่อถือและความแม่นยำในการส่งกำลัง
สามารถลดแนวโน้มการแตกร้าวจากการกัดกร่อนเนื่องจากความเค้นของโซ่ลูกกลิ้งในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนได้ ความเค้นดึงตกค้างจะเพิ่มความไวของโซ่ลูกกลิ้งต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนเนื่องจากความเค้นในตัวกลางที่กัดกร่อน และการลดความเค้นตกค้างสามารถลดความเสี่ยงนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของโซ่ลูกกลิ้งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และขยายขอบเขตการใช้งานให้กว้างขึ้น