Làm thế nào để giảm ứng suất dư của xích con lăn sau khi hàn?

Làm thế nào để giảm ứng suất dư của xích con lăn sau khi hàn?
Trong quy trình sản xuất và chế tạo xích con lăn, hàn là một công đoạn quan trọng. Tuy nhiên, sau khi hàn, xích con lăn thường vẫn còn ứng suất dư. Nếu không có biện pháp hiệu quả để giảm thiểu ứng suất dư này, nó sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.xích con lănVí dụ, nó làm giảm độ bền mỏi, gây biến dạng và thậm chí gãy vỡ, do đó ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường và tuổi thọ của xích con lăn trong các thiết bị cơ khí khác nhau. Vì vậy, việc nghiên cứu sâu và nắm vững các phương pháp giảm ứng suất dư trong quá trình hàn xích con lăn là rất quan trọng.

1. Nguyên nhân gây ra ứng suất dư
Trong quá trình hàn, phần hàn của xích con lăn sẽ chịu sự gia nhiệt và làm nguội không đều. Trong quá trình hàn, nhiệt độ của mối hàn và vùng xung quanh tăng nhanh, khiến vật liệu kim loại giãn nở; và trong quá trình làm nguội, sự co lại của kim loại ở những vùng này bị hạn chế bởi phần kim loại xung quanh không bị nung nóng, do đó tạo ra ứng suất dư do hàn.
Các điều kiện ràng buộc trong quá trình hàn cũng sẽ ảnh hưởng đến kích thước và sự phân bố của ứng suất dư. Nếu xích con lăn bị ràng buộc chặt chẽ trong quá trình hàn, tức là mức độ biến dạng cố định hoặc bị hạn chế lớn, thì trong quá trình làm nguội sau khi hàn, ứng suất dư do không thể co lại tự do cũng sẽ tăng lên tương ứng.
Các yếu tố của chính vật liệu kim loại không thể bỏ qua. Các vật liệu khác nhau có các tính chất vật lý và cơ học nhiệt khác nhau, dẫn đến sự giãn nở, co ngót và giới hạn chảy khác nhau của vật liệu trong quá trình hàn, do đó ảnh hưởng đến sự hình thành ứng suất dư. Ví dụ, một số loại thép hợp kim cường độ cao có giới hạn chảy cao và dễ tạo ra ứng suất dư lớn trong quá trình hàn.

2. Các phương pháp giảm ứng suất dư trong hàn xích con lăn

(I) Tối ưu hóa quy trình hàn

Sắp xếp trình tự hàn hợp lý: Đối với hàn xích con lăn, các mối hàn có độ co ngót lớn nên được hàn trước, và các mối hàn có độ co ngót nhỏ nên được hàn sau. Điều này cho phép mối hàn co ngót tự do hơn trong quá trình hàn, giảm ứng suất dư do sự co ngót bị hạn chế của mối hàn gây ra. Ví dụ, khi hàn các tấm xích trong và ngoài của xích con lăn, tấm xích trong được hàn trước, sau đó tấm xích ngoài được hàn sau khi nó nguội, để mối hàn của tấm xích trong không bị hạn chế quá nhiều bởi tấm xích ngoài khi co ngót.

Sử dụng phương pháp và thông số hàn phù hợp: Các phương pháp hàn khác nhau sẽ tạo ra ứng suất dư khác nhau trên xích con lăn. Ví dụ, hàn có bảo vệ khí có thể giảm vùng ảnh hưởng nhiệt đến một mức độ nhất định so với một số phương pháp hàn truyền thống nhờ nhiệt hồ quang tập trung và hiệu suất nhiệt cao, từ đó giảm ứng suất dư. Đồng thời, việc lựa chọn các thông số hợp lý như dòng điện hàn, điện áp và tốc độ hàn cũng rất quan trọng. Dòng điện hàn quá mức sẽ dẫn đến độ xuyên thấu mối hàn quá mức và lượng nhiệt đầu vào quá lớn, gây quá nhiệt mối hàn và làm tăng ứng suất dư; trong khi các thông số hàn phù hợp có thể giúp quá trình hàn ổn định hơn, giảm khuyết tật hàn và do đó giảm ứng suất dư.
Kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn: Khi hàn xích con lăn nhiều lớp và nhiều lượt hàn, việc kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn là một biện pháp hiệu quả để giảm ứng suất dư. Nhiệt độ giữa các lớp hàn thích hợp có thể giữ cho kim loại của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt có độ dẻo tốt trong quá trình hàn, điều này có lợi cho sự co ngót của mối hàn và giải phóng ứng suất. Nói chung, nhiệt độ giữa các lớp hàn nên được xác định theo tính chất của vật liệu được sử dụng trong xích con lăn và yêu cầu của quá trình hàn, và nhiệt độ trong quá trình hàn cần được đo và kiểm soát để đảm bảo nhiệt độ giữa các lớp hàn nằm trong phạm vi thích hợp.
(II) Áp dụng các biện pháp làm nóng trước và sau khi hàn thích hợp
Nung nóng sơ bộ: Trước khi hàn xích con lăn, việc nung nóng sơ bộ mối hàn có thể làm giảm hiệu quả ứng suất dư do hàn. Nung nóng sơ bộ có thể làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ của mối hàn và làm cho sự phân bố nhiệt độ của mối hàn đồng đều hơn trong quá trình hàn, do đó giảm ứng suất nhiệt gây ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ. Ngoài ra, nung nóng sơ bộ cũng có thể làm tăng nhiệt độ ban đầu của mối hàn, giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa kim loại hàn và vật liệu nền, cải thiện hiệu suất của mối hàn, giảm sự phát sinh các khuyết tật hàn và do đó giảm ứng suất dư. Việc xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ cần dựa trên thành phần, độ dày, phương pháp hàn và nhiệt độ môi trường của vật liệu xích con lăn.
Xử lý nhiệt sau hàn: Xử lý nhiệt sau hàn, tức là xử lý khử hydro, cũng là một trong những biện pháp quan trọng để giảm ứng suất dư của mối hàn xích con lăn. Xử lý nhiệt sau hàn thường nung nóng mối hàn đến khoảng 250-350℃ ngay sau khi hoàn thành hàn và làm nguội đến một nhiệt độ nhất định, sau đó làm nguội từ từ sau khi giữ ấm trong một khoảng thời gian nhất định. Chức năng chính của xử lý nhiệt sau hàn là đẩy nhanh quá trình khuếch tán và thoát ra của các nguyên tử hydro trong mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, giảm hàm lượng hydro trong mối hàn, từ đó giảm khả năng nứt ăn mòn do ứng suất hydro gây ra, đồng thời giúp giảm ứng suất dư của mối hàn. Xử lý nhiệt sau hàn đặc biệt quan trọng đối với việc hàn một số loại thép cường độ cao và xích con lăn thành dày.
(III) Thực hiện xử lý nhiệt sau hàn
Tôi luyện toàn bộ ở nhiệt độ cao: Đặt toàn bộ xích con lăn vào lò nung, từ từ nung nóng đến khoảng 600-700℃, giữ ấm trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng cùng với lò. Phương pháp tôi luyện toàn bộ ở nhiệt độ cao này có thể loại bỏ hiệu quả ứng suất dư trong xích con lăn, thường loại bỏ được 80%-90% ứng suất dư. Nhiệt độ và thời gian tôi luyện ở nhiệt độ cao cần được kiểm soát chính xác theo các yếu tố như vật liệu, kích thước và yêu cầu hiệu suất của xích con lăn để đảm bảo hiệu quả và chất lượng xử lý nhiệt. Tuy nhiên, phương pháp tôi luyện toàn bộ ở nhiệt độ cao đòi hỏi thiết bị xử lý nhiệt lớn hơn và chi phí xử lý tương đối cao, nhưng đối với một số sản phẩm xích con lăn có yêu cầu nghiêm ngặt về ứng suất dư, đây là phương pháp lý tưởng để loại bỏ ứng suất dư.
Tôi nhiệt cục bộ: Khi xích con lăn có kích thước lớn hoặc hình dạng phức tạp, và việc tôi nhiệt toàn bộ khó thực hiện, có thể sử dụng phương pháp tôi nhiệt cục bộ. Tôi nhiệt cục bộ là chỉ nung nóng mối hàn của xích con lăn và khu vực cục bộ gần đó để loại bỏ ứng suất dư trong khu vực. So với tôi nhiệt toàn bộ, tôi nhiệt cục bộ có yêu cầu về thiết bị và chi phí xử lý tương đối thấp hơn, nhưng hiệu quả loại bỏ ứng suất dư không triệt để bằng tôi nhiệt toàn bộ. Khi thực hiện tôi nhiệt cục bộ, cần chú ý đến tính đồng đều của vùng nung nóng và kiểm soát nhiệt độ nung nóng để tránh hiện tượng tập trung ứng suất mới hoặc các vấn đề chất lượng khác do quá nhiệt cục bộ hoặc nhiệt độ không đồng đều.
(IV) Phương pháp kéo giãn cơ học
Phương pháp kéo giãn cơ học là áp dụng lực kéo lên xích con lăn sau khi hàn để gây ra biến dạng dẻo, từ đó bù đắp biến dạng dư nén sinh ra trong quá trình hàn và đạt được mục đích giảm ứng suất dư. Trong thực tế, có thể sử dụng thiết bị kéo giãn chuyên dụng để thiết lập lực kéo giãn và tốc độ kéo giãn phù hợp theo thông số kỹ thuật và yêu cầu hiệu suất của xích con lăn để kéo giãn xích con lăn một cách đồng đều. Phương pháp này có hiệu quả tốt đối với một số sản phẩm xích con lăn yêu cầu kiểm soát kích thước chính xác và loại bỏ ứng suất dư, nhưng cần phải trang bị thiết bị kéo giãn tương ứng và người vận hành chuyên nghiệp, đồng thời có những yêu cầu nhất định đối với địa điểm sản xuất và điều kiện quy trình.
(V) Phương pháp kéo giãn chênh lệch nhiệt độ
Nguyên lý cơ bản của phương pháp kéo giãn bằng chênh lệch nhiệt độ là sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ sinh ra do gia nhiệt cục bộ để gây biến dạng kéo trong vùng hàn, từ đó giảm ứng suất dư. Cách thực hiện cụ thể là sử dụng đèn hàn oxy-axetylen để gia nhiệt hai phía của mối hàn xích con lăn, đồng thời sử dụng ống dẫn nước có một hàng lỗ để phun nước làm mát ở một khoảng cách nhất định phía sau đèn hàn. Bằng cách này, một vùng nhiệt độ cao được hình thành ở cả hai phía của mối hàn, trong khi nhiệt độ của vùng hàn thấp. Kim loại ở cả hai phía giãn nở do nhiệt và kéo giãn vùng hàn có nhiệt độ thấp hơn, từ đó đạt được mục đích loại bỏ một phần ứng suất dư do hàn. Thiết bị của phương pháp kéo giãn bằng chênh lệch nhiệt độ tương đối đơn giản và dễ vận hành. Nó có thể được áp dụng linh hoạt tại công trường xây dựng hoặc công trường sản xuất, nhưng hiệu quả loại bỏ ứng suất dư của nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các thông số như nhiệt độ gia nhiệt, tốc độ làm mát và khoảng cách phun nước. Cần phải kiểm soát và điều chỉnh chính xác theo điều kiện thực tế.
(VI) Xử lý lão hóa rung động
Phương pháp xử lý lão hóa rung động sử dụng tác dụng của năng lượng cơ học rung động để làm cho xích con lăn cộng hưởng, nhờ đó ứng suất dư bên trong phôi được đồng nhất và giảm đi. Xích con lăn được đặt trên thiết bị lão hóa rung động chuyên dụng, và tần số cũng như biên độ của bộ kích thích được điều chỉnh để làm cho xích con lăn cộng hưởng trong một khoảng thời gian nhất định. Trong quá trình cộng hưởng, các hạt kim loại bên trong xích con lăn sẽ trượt và sắp xếp lại, cấu trúc vi mô sẽ được cải thiện, và ứng suất dư sẽ giảm dần. Xử lý lão hóa rung động có ưu điểm là thiết bị đơn giản, thời gian xử lý ngắn, chi phí thấp, hiệu quả cao, v.v., và không ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của xích con lăn. Do đó, nó đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất xích con lăn. Nói chung, xử lý lão hóa rung động có thể loại bỏ khoảng 30% - 50% ứng suất dư của mối hàn xích con lăn. Đối với một số sản phẩm xích con lăn không yêu cầu ứng suất dư đặc biệt cao, xử lý lão hóa rung động là một phương pháp kinh tế và hiệu quả để loại bỏ ứng suất dư.
(VII) Phương pháp đóng búa
Phương pháp gõ búa là một phương pháp đơn giản và phổ biến để giảm ứng suất dư khi hàn. Sau khi hàn xong xích con lăn, khi nhiệt độ mối hàn đạt 100 – 150℃ hoặc trên 400℃, dùng búa nhỏ gõ đều lên mối hàn và các vùng lân cận để tạo biến dạng dẻo cục bộ cho kim loại, từ đó giảm ứng suất dư. Cần lưu ý rằng trong quá trình gõ búa, nên tránh nhiệt độ từ 200 – 300℃, vì kim loại đang ở trạng thái giòn, việc gõ búa dễ làm nứt mối hàn. Ngoài ra, lực và tần suất gõ búa cần vừa phải, và cần được điều chỉnh theo các yếu tố như độ dày của xích con lăn và kích thước mối hàn để đảm bảo hiệu quả và chất lượng gõ búa. Phương pháp gõ búa thường phù hợp với một số mối hàn xích con lăn nhỏ, đơn giản. Đối với các mối hàn xích con lăn lớn hoặc phức tạp, hiệu quả của phương pháp gõ búa có thể bị hạn chế và cần được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác.

3. Cách lựa chọn phương pháp giảm ứng suất dư phù hợp
Trong sản xuất thực tế, tùy thuộc vào tình huống và yêu cầu khác nhau của xích con lăn, cần phải xem xét toàn diện các ưu điểm, nhược điểm, phạm vi ứng dụng, chi phí và các yếu tố khác của các phương pháp giảm ứng suất dư khác nhau để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp. Ví dụ, đối với một số loại xích con lăn có độ chính xác cao, độ bền cao và thành dày, tôi luyện ở nhiệt độ cao toàn bộ có thể là lựa chọn tốt nhất; trong khi đối với một số loại xích con lăn sản xuất hàng loạt và có hình dạng đơn giản, xử lý lão hóa rung hoặc phương pháp đập búa có thể giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả sản xuất một cách hiệu quả. Đồng thời, khi lựa chọn phương pháp giảm ứng suất dư, cũng cần phải xem xét đầy đủ môi trường sử dụng và điều kiện làm việc của xích con lăn để đảm bảo phương pháp được áp dụng đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất và tiêu chuẩn chất lượng của xích con lăn trong thực tế sử dụng.
4. Vai trò của việc giảm ứng suất dư trong việc nâng cao chất lượng và hiệu suất của xích con lăn
Việc giảm ứng suất dư do hàn có thể cải thiện đáng kể độ bền mỏi của xích con lăn. Khi ứng suất kéo dư trong xích con lăn được giảm hoặc loại bỏ, mức độ ứng suất thực tế mà nó phải chịu trong quá trình hoạt động sẽ giảm tương ứng, do đó giảm nguy cơ gãy vỡ do sự hình thành và lan rộng các vết nứt mỏi và kéo dài tuổi thọ của xích con lăn.
Việc này giúp cải thiện độ ổn định kích thước và độ chính xác hình dạng của xích con lăn. Ứng suất dư quá mức có thể khiến xích con lăn bị biến dạng trong quá trình sử dụng, ảnh hưởng đến độ chính xác khi khớp với bánh răng và các bộ phận khác, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị cơ khí. Bằng cách giảm ứng suất dư, xích con lăn có thể duy trì độ ổn định kích thước và độ chính xác hình dạng tốt trong quá trình sử dụng, đồng thời nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống truyền động.
Nó có thể làm giảm xu hướng nứt ăn mòn do ứng suất của xích con lăn trong môi trường ăn mòn. Ứng suất kéo dư sẽ làm tăng độ nhạy cảm của xích con lăn đối với hiện tượng nứt ăn mòn do ứng suất trong môi trường ăn mòn, và việc giảm ứng suất dư có thể giảm thiểu hiệu quả rủi ro này, cải thiện khả năng chống ăn mòn của xích con lăn trong môi trường khắc nghiệt và mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng.