Meetodid õmblusteta terastorude sisemise jääkpinge kõrvaldamiseks

Selliste protsesside ajal nagu valtsimine, keevitamine, külmtöötlemine ja kuumtöötlemine,õmblusteta terastorudon kalduvus sisemisele jääkpingele lokaalsete temperatuurikõikumiste, mikrostruktuuride muutuste või ebaühtlase plastilise deformatsiooni tõttu. Kui seda ei kõrvaldata, võib jääkpinge põhjustada deformatsiooni ja pragunemist, mis vähendab toru koormust{1}}kandevõimet ja kasutusiga. Järgnevalt tutvustatakse kolme põhilist stressi kõrvaldamise meetodit, mis põhinevad tavaliselt kasutatavatel tehnilistel tehnikatel, mis tasakaalustavad tõhususe ja praktilisuse.

 

 

1. Kuumtöötlus: kõige põhjalikum ja levinum lahendus

Kuumtöötlus, mis kasutab kuumust terastoru aatomite ümberkorraldamiseks ja stressi leevendamiseks, on tööstuses kõige laialdasemalt kasutatav ja tõhusaim meetod. See hõlmab peamiselt madalal temperatuuril{1}}karastamist ja stressi leevendamist.

Madala-temperatuuri karastamine sobib karastatud torudele, nagu kõrg-süsinikteras ja legeerteras. Terastoru kuumutatakse temperatuurini 150{10}}250 kraadi, hoitakse sellel temperatuuril 1–3 tundi ja seejärel jahutatakse aeglaselt. Selle protsessi käigus martensiidi struktuur osaliselt laguneb, sadestades peened karbiidid, mis leevendavad võre moonutusi ja suudavad kõrvaldada 60–80% jääkpingest ilma kõvadust oluliselt vähendamata. Näiteks pärast karastamist läbib 45# õmblusteta terastoru madalal temperatuuril 200 kraadi karastamise, vähendades jääkpinget 800 MPa-lt alla 200 MPa, säilitades samal ajal kõvaduse 25–30 HRC, muutes selle sobivaks kasutamiseks mehaanilistes osades.

 

Pingevaba lõõmutamine sobib madala{0}}süsinikterase, keskmise-süsinikterase ja keevitatud terastorude jaoks. Toru kuumutatakse 550-650 kraadini (alla faasisiirdetemperatuuri), hoitakse 2-4 tundi ja seejärel jahutatakse aeglaselt ahjus. See protsess kõrvaldab aatomi difusiooni kaudu plastilisest deformatsioonist põhjustatud sisepinged, kõrvaldades 70–90% jääkpingest, mõjutades minimaalselt mehaanilisi omadusi. Näiteks pärast ASTM A106 Gr.B terastoru keevitamist vähendab pingevaba lõõmutamine 600 kraadi juures keevispiirkonna jääkpinget 500 MPa-lt 80 MPa-le, vältides tõhusalt keevisõmbluse pragusid ja muutes selle sobivaks transporditorustike jaoks.

 

2. Mehaaniline pinge vähendamine: paindlik ja tõhus abimeetod

Mehaaniline pinge vähendamine kasutab välisjõude, et tekitada terastorudes lokaalseid plastilisi deformatsioone, kompenseerides sisemisi jääkpingeid. See meetod sobib suurte torude jaoks, kus kütmine on ebamugav, või kohapealseks ehitamiseks. Eelkõige hõlmab see vibratsiooniga vanandamist ja survesirgendamist.

Vibratsiooniga vanandamine hõlmab vibraatori kinnitamist terastoru külge ja vibratsiooni rakendamist kindlal sagedusel (50-100 Hz), et tekitada toru resonants. Selle resonantsi ajal ületab jääkpinge materjali voolavuspiiri, kutsudes esile mikroskoopilise plastilise deformatsiooni ja vabastades seeläbi pinge. See meetod kasutab vähe energiat (ainult 1/10 kuumtöötlusest) ja võtab aega vaid 1-2 tundi. See võib pinda kahjustamata kõrvaldada 30–50% jääkpingest. Näiteks suure läbimõõduga 1-meetrise läbimõõduga õmblusteta terastoru Q345 võib vibratsiooniga vananemise tõttu vähendada jääkpinget 400 MPa-lt ligikaudu 200 MPa-ni. See meetod sobib sildades ja teraskonstruktsioonides kasutatavate torude kohapealseks pinge maandamiseks.

 

Surveõgvendamisel kasutatakse hüdraulilist pressi, et avaldada survet terastoru kõveratele või pingekontsentratsioonidele, kutsudes esile vastupidise plastilise deformatsiooni ja tasakaalustades jääkpingeid. Rõhku reguleeritakse vastavalt toru spetsifikatsioonidele (tavaliselt 50–70% materjali voolavuspiirist) ja seda hoitakse 10–30 minutit. Selle meetodi abil saab kõrvaldada lokaliseeritud pinged (nt pinge toru otstes pärast külmtõmbamist) vähendamise kiirusega 40–60%. Seda kasutatakse tavaliselt stressi reguleerimiseksõmblusteta terastorudtäppismasinate jaoks, tagades hilisema töötlemise täpsuse.

 

3. Loomulik vananemine: madal-kulu ja pikaajaline{2}}lahendus

Loomulik vananemine hõlmab terastoru kokkupuudet välistingimustes oleva loodusliku keskkonnaga (temperatuur -20-40 kraadi, niiskus 40%-80%). Pikaajalised-temperatuuri kõikumised ja kerge vibratsioon vabastavad järk-järgult sisepinged. See meetod ei nõua investeeringuid seadmetesse ja on äärmiselt odav, kuid see on aeganõudev (tavaliselt 3–12 kuud) ja sobib ainult madala süsinikusisaldusega terastorude jaoks, millel on lühike töötlemisaeg ja madal pinge, näiteks 20 #.õmblusteta terastorudüldiseks vedeliku transportimiseks. Loomulik vananemine võib kõrvaldada 20–30% jääkpingest ja vältida kuumenemise mõju toru pinnale, muutes selle sobivaks kõrget esteetikat nõudvate rakenduste jaoks.

 

Kokkuvõtteks võib öelda, et tegelikes rakendustes tuleks meetodi valimisel lähtuda terastoru materjalist, spetsifikatsioonist, pingetasemest ja töötingimustest: kuumtöötlus on eelistatud kõrge pinge ja kõrge täpsuse nõuete jaoks; mehaanilisi meetodeid saab kasutada kohapeal{0}}ehitamiseks või suurte torude jaoks; ja loomulikku vananemist saab kasutada madalate-kuluga ja pikaajaliste{2}}projektide jaoks. Nende meetodite mõistlik kombinatsioon (nagu pingevaba lõõmutamine, millele järgneb vibratsioonivanandamine pärast keevitamist) võib veelgi suurendada pingete leevendamist ning tagada õmblusteta terastorude jõudluse ja ohutuse.