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Créé le 09.29
Soudage et relaxation des contraintes des tambours de grue : guide de fabrication et d'usinage
Soudage et détente des contraintes des tambours de grue : pourquoi le traitement thermique avant l'usinage final est important
Introduction
Un tambour de câble de grue est un composant important d'un mécanisme de levage. Il enroule et stocke le câble, transmet le couple d'entraînement et aide à guider le câble pendant le levage et la descente.
Pour de nombreuses applications industrielles, les tambours de grue sont fabriqués à partir de tôle d'acier laminée, soudés en une structure cylindrique, puis usinés aux dimensions requises et au profil de gorge de câble.
Cependant, la fabrication d'un tambour de grue soudé fiable implique plus que le laminage, le soudage et le tournage.
Les contraintes résiduelles de soudage, la séquence de traitement thermique et l'usinage final peuvent directement affecter la stabilité dimensionnelle du tambour fini.
Si ces processus ne sont pas correctement coordonnés, un tambour peut subir des changements dimensionnels lors de l'usinage ultérieur ou en service. Cela peut affecter son installation, la géométrie de la gorge de câble et son fonctionnement à long terme.
Cet article explique comment les contraintes résiduelles de soudage se développent, pourquoi la relaxation des contraintes est importante et comment les fabricants doivent organiser la séquence de production pour les tambours de grue soudés.
1. Qu'est-ce qu'un tambour de grue soudé ?
Un tambour de grue soudé est une structure en acier fabriquée utilisée dans les équipements de levage à câble métallique.
Selon la conception, il peut inclure :
- Coque cylindrique du tambour
- Plaques d'extrémité ou brides
- Structures de support internes
- Arbre ou composants de connexion
- Dispositif d'ancrage de câble
- Gorges de câble usinées
Les tambours soudés peuvent être fabriqués avec différents diamètres, longueurs, épaisseurs de paroi et configurations de gorges selon les exigences de l'équipement du client.
La tôle d'acier Q355B est une option de matériau pour les tambours de grue fabriqués. D'autres nuances, telles que Q355D pour des applications spécifiques à basse température, peuvent être sélectionnées selon le plan du projet et les conditions d'exploitation.
Le matériau, l'épaisseur de paroi, la configuration des soudures et les exigences d'usinage final doivent être établis lors de la revue technique.
2. Comment un tambour de grue soudé est-il fabriqué ?
Le processus exact dépend du plan, mais une séquence de fabrication typique peut inclure :
- Examen du plan technique et des exigences relatives aux matériaux.
- Préparation et découpe de la tôle d'acier.
- Roulage de la tôle pour former la virole cylindrique du tambour.
- Préparation et soudage de la soudure longitudinale.
- Positionnement et soudage des plaques d'extrémité, des brides et des autres composants requis.
- Réalisation des inspections de soudure spécifiées.
- Exécution du traitement de détente après soudage lorsque la procédure de fabrication l'exige.
- Usinage des surfaces requises du tambour et des caractéristiques d'installation.
- Usinage des rainures de corde.
- Réalisation des inspections dimensionnelles et de surface spécifiées.
- Application de l'huile antirouille ou du revêtement requis.
- Préparation du tambour fini pour la livraison.
Le principe important est d'achever le soudage structurel concerné et l'opération de relaxation des contraintes requise avant l'usinage de précision final.
Cela aide à réduire la possibilité que des opérations de soudage ou thermiques ultérieures modifient les dimensions des surfaces déjà finies.
3. Pourquoi le soudage crée-t-il des contraintes résiduelles ?
Pendant le soudage, une zone relativement petite de l'acier est chauffée à haute température tandis que le matériau environnant reste plus froid.
La zone chauffée se dilate. Lorsque la soudure et le matériau adjacent refroidissent, ils se contractent.
Cependant, la structure environnante restreint cette expansion et cette contraction.
Parce que différentes parties du tambour chauffent et refroidissent à des rythmes différents, des contraintes internes subsistent dans la structure soudée après son retour à température ambiante.
Celles-ci sont appelées contraintes résiduelles de soudage.
Pour un tambour cylindrique, les effets peuvent être influencés par :
- Soudage longitudinal
- Soudures circonférentielles
- Raccords de plaque d'extrémité et de bride
- Apport de chaleur inégal
- Séquence de soudage
- Contrainte structurelle
- Différences d'épaisseur de paroi
Les contraintes résiduelles ne sont pas nécessairement visibles de l'extérieur.
Un tambour soudé peut sembler dimensionnellement acceptable immédiatement après la fabrication tout en contenant encore des contraintes internes importantes.
4. Quels problèmes les contraintes résiduelles peuvent-elles causer ?
Les contraintes résiduelles ne signifient pas automatiquement qu'un tambour soudé va se rompre.
Cependant, elles peuvent affecter la façon dont la structure réagit aux opérations de fabrication ultérieures et aux charges de travail.
Les conséquences possibles incluent :
Changements dimensionnels pendant l'usinage
L'enlèvement de matière peut modifier l'équilibre des contraintes internes.
En conséquence, le tambour peut se déplacer ou se déformer légèrement pendant l'usinage.
Difficulté à maintenir les dimensions finales
Les changements dimensionnels peuvent rendre plus difficile le maintien de la géométrie requise du tambour et des dimensions d'installation.
Travaux d'usinage supplémentaires
Si le tambour change de forme après une première opération d'usinage, une correction ou un usinage supplémentaire peut être nécessaire.
Interaction avec les charges de service
Les contraintes résiduelles peuvent se combiner avec les contraintes générées par le chargement et le fonctionnement du câble métallique.
Leur importance dépend de la conception structurelle, du matériau et des conditions de fonctionnement réelles.
Pour ces raisons, les contraintes résiduelles de soudage doivent être considérées comme faisant partie du processus de fabrication du tambour plutôt que d'être traitées comme un problème sans rapport.
5. Qu'est-ce que le soulagement des contraintes après soudage ?
Le soulagement des contraintes après soudage est un processus thermique contrôlé utilisé pour réduire les contraintes résiduelles générées lors de la fabrication.
La structure soudée est chauffée selon une procédure établie, maintenue dans des conditions contrôlées et refroidie de manière appropriée.
L'objectif est de réduire les contraintes résiduelles internes et d'améliorer la stabilité dimensionnelle avant l'usinage ultérieur ou la mise en service.
Dans la fabrication industrielle, ce processus est parfois largement décrit comme un recuit après soudage. Cependant, le cycle exact de traitement thermique doit être défini en fonction du matériau, de la structure et des exigences techniques.
La relaxation des contraintes ne signifie pas que toutes les contraintes internes disparaissent.
Il ne corrige pas non plus automatiquement la mauvaise qualité des soudures ni n'élimine les déformations structurelles existantes.
Il s'agit d'une partie d'un processus complet de fabrication et de contrôle qualité.
6. Pourquoi effectuer un traitement de détente avant l'usinage final ?
C'est l'une des considérations de fabrication les plus importantes pour les tambours de grue soudés.
Supposons qu'un tambour soit complètement usiné avant le traitement de détente requis.
Lorsque le tambour fini est ensuite chauffé et refroidi, certains changements dimensionnels peuvent se produire.
Les surfaces précédemment usinées et les gorges de câble peuvent ne plus conserver leur géométrie prévue.
En effectuant l'opération de relaxation des contraintes requise avant l'usinage final, le fabricant peut terminer le processus thermique majeur en premier, puis usiner le tambour à ses dimensions finales spécifiées.
Cette séquence peut aider à :
- Améliorer la stabilité dimensionnelle pendant l'usinage final
- Réduire le risque de distorsion thermique ultérieure
- Maintenir les dimensions d'installation requises
- Favoriser une géométrie de rainure de corde plus constante
- Réduire les usinages correctifs inutiles
La relaxation des contraintes ne peut pas garantir une déformation nulle, mais un séquençage correct du processus rend le contrôle dimensionnel plus gérable.
7. Pourquoi le soudage structurel doit-il être terminé en premier ?
Un tambour de grue contient souvent plusieurs assemblages soudés.
Par exemple, l'enveloppe cylindrique peut avoir une joint longitudinal, tandis que les plaques d'extrémité et les brides sont assemblées par des soudures supplémentaires.
Chaque opération de soudage majeure introduit de la chaleur et peut créer de nouvelles contraintes résiduelles ou des déformations.
Si l'usinage final est effectué avant l'achèvement de tout le soudage structurel, un soudage ultérieur peut affecter les zones déjà usinées.
Par conséquent, la séquence de fabrication préférée consiste à terminer le soudage structurel pertinent avant les étapes finales de relaxation des contraintes et d'usinage de précision.
Lorsque l'inspection des soudures est spécifiée, son calendrier doit suivre le plan d'inspection et de fabrication approuvé.
8. La qualité du soudage reste essentielle
La relaxation des contraintes ne remplace pas la qualité du soudage.
Le tambour doit d'abord être fabriqué selon un mode opératoire de soudage approprié.
Les considérations importantes peuvent inclure :
- Préparation des soudures
- Géométrie du joint
- Compatibilité des matériaux
- Séquence de soudage
- Apport thermique
- Contrôle des déformations
- Exigences d'inspection spécifiées
Par exemple, un contrôle par ultrasons peut être spécifié pour les soudures longitudinales et de bride.
D'autres méthodes d'inspection peuvent également être requises selon le dessin et la spécification technique applicable.
La portée réelle de l'examen et les critères d'acceptation doivent être confirmés avant la production.
Un processus de traitement thermique ne peut pas compenser des défauts de soudure inacceptables.
9. Comment l'usinage peut-il libérer les contraintes résiduelles ?
L'usinage enlève de la matière du tambour.
Lorsque de la matière est enlevée, la distribution originale des contraintes internes change.
La structure restante peut réagir en se déplaçant légèrement pour atteindre un nouvel état d'équilibre.
C'est l'une des raisons pour lesquelles un composant fortement soudé peut changer de dimensions lors du tournage, même lorsqu'aucune chaleur supplémentaire n'est appliquée.
Pour les tambours de grue, ce problème est particulièrement pertinent pour :
- Coques cylindriques longues
- Tambours de grand diamètre
- Structures d'extrémité fabriquées
- Composants à épaisseur de paroi irrégulière
- Tambours nécessitant un usinage important
L'effet réel dépend de la quantité et de la répartition des contraintes résiduelles, de la rigidité du tambour et de l'opération d'usinage.
10. Usinage grossier et usinage final
Certaines procédures de fabrication peuvent utiliser un usinage grossier avant l'usinage final.
L'usinage grossier élimine l'excès de matière et prépare les surfaces de référence requises.
L'usinage final est ensuite utilisé pour atteindre les dimensions spécifiées et la qualité de surface.
Lorsqu'une relaxation des contraintes est nécessaire, sa position dans la séquence de production doit être déterminée avant le début de la fabrication.
Les opérations finales d'usinage de précision doivent être planifiées après les processus de soudage et thermiques pertinents, là où la procédure approuvée l'exige.
Ceci est particulièrement important pour la gorge de câble et les surfaces d'installation critiques.
11. Usinage de la gorge de câble
La rainure de câble contrôle la façon dont le câble métallique est disposé sur le tambour.
Sa conception doit correspondre au mécanisme de levage et aux exigences du câble métallique.
Les paramètres importants peuvent inclure :
- Diamètre du tambour
- Diamètre du câble
- Rayon et profil de la rainure
- Pas de la rainure
- Sens de la rainure
- Longueur rainurée effective
- Position d'ancrage de la corde
- Disposition monocouche ou multicouche
Les dimensions finales de la gorge doivent suivre le plan approuvé.
Pour les projets de remplacement, ces valeurs ne doivent pas être devinées à partir du seul diamètre extérieur du tambour.
Après les étapes pertinentes de soudage et de relaxation des contraintes, le tambour peut être usiné pour produire la géométrie requise des gorges de câble.
12. Que se passe-t-il si les gorges de câble sont usinées trop tôt ?
Si les gorges de câble sont entièrement usinées avant l'achèvement des soudures principales ou du traitement thermique requis, les mouvements structurels ultérieurs peuvent affecter leur géométrie finale.
Les problèmes possibles incluent :
- Modifications des dimensions des gorges
- Modifications de la position relative des surfaces usinées
- Usinage correctif supplémentaire
- Difficulté à maintenir la disposition de rainure spécifiée
Une séquence de production appropriée aide à réduire ces risques.
Cependant, la précision de la rainure dépend également d'un réglage correct de la machine, de la géométrie de l'outil et du contrôle dimensionnel.
Le soulagement des contraintes seul ne garantit pas des rainures de câble précises.
13. Durcissement des rainures de câble : un processus distinct
Le soulagement des contraintes après soudage et le durcissement des rainures de câble servent des objectifs différents.
Le soulagement des contraintes après soudage vise à réduire les contraintes résiduelles dans la structure fabriquée.
Le durcissement des rainures de câble est utilisé lorsque le projet nécessite une résistance à l'usure accrue au niveau de la surface de contact du câble métallique.
Tous les tambours de grue ne nécessitent pas de durcissement des rainures.
Le besoin dépend du matériau, du service, des conditions de contact de la corde et des spécifications du client.
Lorsqu'un durcissement des gorges est requis après l'usinage des gorges, le plan de fabrication doit tenir compte d'une éventuelle déformation due au traitement thermique.
Les surépaisseurs d'usinage, la protection des zones critiques d'installation et toute inspection de suivi nécessaire doivent être prises en compte lors de la planification du processus.
Le matériau et le procédé de durcissement doivent être techniquement compatibles.
14. Protection de surface après usinage
Une fois les gorges de câble et les autres surfaces requises usinées et inspectées, une protection de surface appropriée doit être appliquée.
La finition requise dépend du dessin, des conditions de stockage, des exigences de transport et de l'environnement de travail.
Les options possibles incluent :
Huile antirouille
Une huile antirouille protectrice peut être appliquée sur les surfaces usinées et les gorges de câble.
Cela aide à protéger l'acier exposé pendant le stockage et le transport.
Un aspect doré sur une gorge usinée peut provenir d'une huile antirouille protectrice plutôt que d'un revêtement de peinture dorée.
Système de peinture spécifié
D'autres surfaces de tambour peuvent recevoir de la peinture selon les exigences du projet.
Lorsque le client demande une finition spécifique, l'arrangement de revêtement doit être confirmé avant la livraison.
La protection de surface doit être compatible avec le contact prévu du câble métallique et les exigences de l'équipement.
15. Inspection des tambours de grue finis
Les exigences d'inspection dépendent de la spécification du projet.
Selon le plan de fabrication convenu, elles peuvent inclure :
- Vérification des matériaux
- Examen des soudures
- Inspection dimensionnelle
- Vérification du profil et du pas des gorges de câble
- Inspection des surfaces usinées pertinentes
- Contrôles de protection de surface
- Essais supplémentaires spécifiés
L'inspection des soudures et l'inspection dimensionnelle finale traitent de différents aspects de la qualité de fabrication.
Un examen satisfaisant de la soudure n'établit pas automatiquement que toutes les dimensions usinées sont correctes.
De même, des dimensions finales correctes ne remplacent pas les exigences de qualité de soudure spécifiées.
Les deux doivent être contrôlés conformément au plan de dessin et d'inspection.
16. Erreurs de fabrication courantes
Les problèmes courants à éviter incluent :
- Commencer la production sans confirmer le plan complet
- Ignorer les contraintes résiduelles de soudage
- Effectuer l'usinage de précision final avant que le soudage principal ne soit terminé
- Considérer le soulagement des contraintes comme un substitut à l'inspection des soudures
- Supposer que le soulagement des contraintes élimine toute déformation
- Choisir le processus de traitement thermique sans tenir compte de la nuance d'acier
- Usiner les gorges de câble sans confirmer les spécifications du câble métallique
- Traiter le soulagement des contraintes après soudage et le durcissement des gorges comme un même processus
- Ne pas tenir compte de la déformation après un durcissement localisé
- Application d'un fini inadapté à la surface de contact du câble
La séquence de production correcte doit être développée pour chaque tambour plutôt que copiée sans examen à partir d'un projet différent.
17. Informations requises pour la fabrication personnalisée de tambours de grue
Pour l'évaluation technique et le devis, les clients doivent fournir :
- Dessin complet du tambour
- Diamètre extérieur du tambour
- Longueur totale du tambour
- Épaisseur de paroi de l'enveloppe
- Exigence de matériau
- Diamètre du câble
- Profil de gorge et pas
- Disposition des câbles en une seule couche ou multicouche
- Détails d'ancrage du câble
- Détails des plaques d'extrémité et des brides
- Dimensions de connexion et d'installation
- Exigences de soudage
- Exigences de traitement thermique
- Exigences de durcissement des gorges, le cas échéant
- Exigences d'inspection
- Exigences de finition de surface
- Quantité
Pour les tambours de remplacement, des photographies et des mesures de l'équipement existant sont également utiles.
La fabrication doit être réalisée conformément aux plans techniques confirmés plutôt que sur la base d'hypothèses concernant la capacité d'origine du tambour ou la disposition des gorges.
18. Tambours de grue soudés personnalisés de WEILINK CRANE
WEILINK CRANE fabrique des composants de grue et des structures métalliques industrielles personnalisés selon les plans des clients et les exigences réelles de l'équipement.
Notre gamme de produits comprend des tambours de câble de grue, des poulies, des roues, des crochets et d'autres composants de grue personnalisés.
Pour les projets de tambours de grue soudés, la fabrication peut impliquer le roulage de tôles d'acier, le soudage structurel, l'inspection spécifiée des soudures, le traitement de détente des contraintes requis et l'usinage ultérieur des surfaces du tambour et des gorges de câble.
Le processus de production est organisé conformément à la conception confirmée et aux exigences techniques.
Les clients sont invités à fournir des dessins, des spécifications de matériaux, des dimensions de corde et des informations d'exploitation pour un examen technique.
Conclusion
La performance d'un tambour de grue soudé dépend de plus que son matériau et ses dimensions finales.
Le soudage introduit des contraintes résiduelles car différentes zones de la structure subissent un chauffage et un refroidissement inégaux.
Ces contraintes peuvent affecter la stabilité dimensionnelle lors de l'usinage ultérieur et peuvent interagir avec les charges de service.
Lorsque la procédure de fabrication l'exige, le soulagement des contraintes après soudage doit être correctement coordonné avec la séquence de soudage et d'usinage.
Achever le soudage structurel et le traitement thermique pertinent avant l'usinage de précision final aide les fabricants à obtenir des dimensions et une géométrie de rainure de câble plus cohérentes.
Cependant, le soulagement des contraintes ne remplace pas une soudure correcte, une conception appropriée, une inspection dimensionnelle ou d'autres contrôles qualité requis.
Un tambour de grue soudé fiable nécessite que l'ensemble du processus—de la sélection des matériaux et du soudage au traitement thermique, à l'usinage, à l'inspection et à la protection de surface—soit planifié comme un seul système de fabrication.
WEILINK CRANE prend en charge la fabrication personnalisée de tambours de grue sur la base des dessins clients et des spécifications techniques confirmées.
Site web : www.weilinkcranes.com
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WEILINK CRANE est un fabricant professionnel de composants de ponts roulants et d'équipements de levage, situé à Changyuan, province du Henan, en Chine — la célèbre base de fabrication d'engins de levage.
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