Streso problema plieninių vamzdžių gamyboje

Pagrindinės plieninių vamzdžių vidinio įtempimo priežastys yranetolygūs temperatūros pokyčiai, netolygi plastinė deformacija, irasinchroniniai fazių perėjimai struktūroje.Šie streso reiškiniai atsiranda pradiniame, viduriniame ir paskutiniame gamybos proceso etapuose ir gali būti suskirstyti į trumpalaikį įtempį (kuris išnyksta pasibaigus procesui) ir liekamąjį įtempį (kuris išlieka gatavame produkte ir yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos kokybei). Skirtingų gamybos būdų (pavyzdžiui, besiūlių plieninių vamzdžių ir suvirintų plieninių vamzdžių) įtempių generavimo etapai labai skiriasi. Konkreti informacija yra tokia:

Šiame etape įtempis daugiausia yra terminis įtempis, daugiausia trumpalaikis. Tam tikras pradinis liekamasis įtempis bus perkeltas į tolesnius apdorojimo etapus kartu su žaliavomis.

• Pradinis liekamasis vamzdžių ruošinių įtempis: Vamzdžių ruošinių ir valcuotų vamzdžių ruošinių aušinimo ir tiesinimo proceso metu, vidinisstresas turijau išsaugotas. Tai priklauso nuo žaliavų sukeliamo išankstinio apdorojimo įtempimo- ir bus taikomas tolesniam apdorojimo įtempimui.
• Šilumos įtempis šildymo proceso metu:Kaitinant vamzdžių ruošinius, dėl karščio pirmiausia plečiasi paviršinis sluoksnis, o šerdies sluoksnio temperatūra yra žemesnė ir plėtimosi kiekis mažesnis. Paviršinis sluoksnis suspaudžiamas, o šerdies sluoksnis ištempiamas. Jei kaitinimo greitis per didelis arba temperatūra krosnyje netolygi, šiluminis įtempis smarkiai padidės, o kraštutiniais atvejais gali įtrūkti vamzdžių ruošinių paviršius. Po tolygaus kaitinimo momentinis šiluminis įtempis žymiai sumažės.

Tai yra pats svarbiausias streso generavimo etapas. Didelė plastinė deformacija ir vietiniai šiluminiai ciklai sukuria didelį deformacijos įtempį ir šiluminį įtempį, kurie yra pagrindiniai galutinio produkto liekamojo įtempio šaltiniai.

• Pagrindiniai besiūlių plieninių vamzdžių procesai

1. Auskarų vėrimo procesas: Atliekant nuožulnų valcavimo pradūrimą, vamzdžio ruošinys patiria intensyvią trijų-matmenų ne-vienodą plastinę deformaciją, veikiant ritiniams ir perforatoriaus galvutei. Sienelės storio ir vidinio bei išorinio paviršių deformacijos dydis labai skiriasi, todėl susidaro didelis deformacijos įtempis; netolygus aušinimas po pradūrimo padidins šiluminį įtampą, kartu suformuodamas pradinį liekamąjį vamzdžio įtempį.
2. Valcavimo vamzdis / fiksuoto sumažinimo skersmens procesas:Nepertraukiamo valcavimo ir automatinio vamzdžio valcavimo metu sumažėja sienelės storis ir atsiranda ašinis pratęsimas. Deformacija pasiskirsto netolygiai išilgai sienos storio; fiksuoto skersmens ir redukcinio skersmens procesuose vyksta periferinė gniuždymo deformacija, o vidinio ir išorinio paviršių deformacijų skirtumas dar labiau sustiprėja, o tai yra pagrindinis karštai valcuotų besiūlių vamzdžių ašinių ir periferinių įtempių šaltinis.

• Pagrindinis suvirintų plieninių vamzdžių procesas

1. Formavimo procesas:Juostinis plienas kelis kartus sulenkiamas voleliais, kad būtų suformuotas vamzdžio ruošinys. Dėl lenkimo deformacijos išorinis plieninės plokštės sluoksnis yra įtemptas, o vidinis sluoksnis - suspaudžiamas. Po šaltos plastinės deformacijos išlieka liekamasis lenkimo liekamasis įtempis. Tai priklauso formavimo apdorojimo įtempiui.
2. Suvirinimo procesas:Suvirinimo siūlė ir karščio paveikta zona greitai pašildoma ir atšaldoma vietoje. Šildymo zonos šiluminį plėtimąsi riboja aplink esantis šaltas metalas, todėl susidaro gniuždomoji plastinė deformacija; aušinant susitraukimą riboja aplinkinis netauriųjų metalų, galiausiai suvirinimo siūlės srityje susidaro labai didelis liekamasis tempimo įtempis. Netaurieji metalai iš abiejų pusių yra veikiami gniuždymo įtempių, kad išlaikytų pusiausvyrą, o tai yra didžiausias suvirintų vamzdžių įtempių šaltinis. Kuo didesnė suvirinimo linijos energija ir kuo greitesnis aušinimo greitis, tuo didesnis liekamojo įtempio lygis.

Šiame etape gali atsirasti naujų liekamųjų įtempių arba šie įtempimai gali būti pašalinti naudojant specifinius ankstesnio etapo procesus.

• Aušinimo procesas: Kai karštai valcuoti ir suvirinti plieniniai vamzdžiai atvėsta, paviršius atvėsta greičiau, o šerdis – lėčiau. Paviršius pirmiausia susitraukia ir yra įtempiamas, o šerdis vėliau susitraukia ir yra suspaudžiama, todėl susidaro liekamasis šiluminis įtempis; kuo greitesnis aušinimo greitis ir netolygesnis aušinimas, tuo didesnis liekamasis šiluminis įtempis.
• Tiesinimo procesas:Šaltas tiesinimas koreguoja vamzdžio kreivumą dėl pasikartojančio atvirkštinio lenkimo ir plastinių deformacijų, tačiau netolygi deformacija sukels naują lenkimo liekamąjį įtempį. Paprastai paviršinis vamzdžio sluoksnis išlaiko gniuždymo įtempį, o po{1}}paviršinis sluoksnis išlaiko tempimo įtempį; karštas tiesinimas (naudojant likutinę šilumą nuo valcavimo tiesinant) sukelia daug mažesnius įtempius nei tiesinant šaltu.
• Šaltojo apdorojimo etapai (šaltas tempimas / šalto valcavimo vamzdžiai): Esant didelei plastinei deformacijai kambario temperatūroje, susidaro ypač stiprus apdirbimo sukietėjimas ir liekamasis įtempis, kuris yra absoliutus pagrindinis šaltai-temptų / šaltai{1}} plieninių vamzdžių liekamųjų įtempių šaltinis, o įtempių lygis yra daug didesnis nei karštai valcuotų plieninių vamzdžių.
• Pjovimas ir vamzdžių galų apdirbimas: Pjovimas, sriegimas ir griovelių apdorojimas sukels vietinę plastinę deformaciją, dėl kurios vamzdžio gale susikaups vietinė įtempių koncentracija.
• Terminio apdorojimo procesas: Tinkamai atlikus procesą, stresas gali būti pašalintas; jei šildymas netolygus arba aušinimas per greitas (pvz., gesinimas), atsiras naujas šiluminis ir mikrostruktūrinis įtempis, o sunkiais atvejais plieninis vamzdis įtrūks.

Momentinis stresas proceso metu turi įtakos tik proceso stabilumui. Liekamasis stresas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis gatavo produkto kokybę ir paslaugų teikimą, ir jis turi du efektus: neigiamą poveikį ir kontroliuojamą teigiamą poveikį.

• Matmenų ir formos nestabilumas:Likęs stresas yra vidinė save{0}}balansuojanti jėga. Kai vėlesni apdorojimo etapai, tokie kaip pjovimas, sriegimas, lenkimas ir kt., sutrikdo įtempių pusiausvyrą, dėl įtampos pašalinimo plieninis vamzdis sulinks, viršys elipsės ribą, išsiplės arba susitrauks skersmuo ir turės įtakos matmenų tikslumui; lėtas įtempių išsiskyrimas ilgalaikio-laikymo metu taip pat gali sukelti deformacijos gedimą.
• Sumažintas slėgio{0}}guolis ir nuovargis: liekamasis tempimo įtempis bus padengtas darbiniu įtempimu, kurį sukuria darbinis slėgis ir kintamos apkrovos, todėl plieninis vamzdis iš tikrųjų atlaikys didesnę jėgą nei numatyta projektinėje vertėje, todėl sumažėja jo slėgio{0}}laikomoji galia; Esant kintamoms apkrovoms, tokioms kaip skysčio slėgio svyravimai ir vibracijos, liekamasis tempimo įtempis pagreitins įtrūkimų atsiradimą ir žymiai sumažins nuovargio tarnavimo laiką, o sunkiais atvejais sukels vamzdžio plyšimą arba lūžį.
• Sukelti įtempių korozijos įtrūkimus: ėsdinančiose terpėse, kuriose yra sieros, chloro jonų ir kt. (pvz., naftos ir dujų transportavimo, cheminių vamzdynų), liekamasis tempimo įtempis sąveikaus su korozija, sukeldamas įtempių korozijos įtrūkimą (SCC), kuris yra viena iš pagrindinių naftos ir dujų transportavimo vamzdžių ir rafinavimo bei cheminių vamzdžių gedimo formų.
• Vėlesnio apdorojimo našumo pablogėjimas: Plieniniams vamzdžiams, kurių liekamasis įtempis yra didelis, antrinio apdorojimo etapų, tokių kaip lenkimas, plėtimasis ir susitraukimas, metu jie gali įtrūkti ir per daug atšokti, todėl labai sumažėja apdorojimo kvalifikacinis rodiklis.

Ne visi liekamieji įtempiai yra žalingi: paviršiaus liekamasis gniuždymo įtempis gali neutralizuoti kai kurias išorines tempimo apkrovas, padidindamas plieninio vamzdžio atsparumą nuovargiui ir atsparumą korozijai. Pramonėje kontroliuojamas paviršiaus gniuždymo įtempis aktyviai diegiamas per tokius procesus, kaip šratų nuėmimas ir hidrostatinis bandymas, siekiant optimizuoti plieninio vamzdžio eksploatacines savybes.

Kalbant apie stresą, jis skirstomas į dviejų tipų metodus: „Jau susidariusio liekamojo įtempio pašalinimas / valdymas“ ir „Streso susidarymo šaltinyje mažinimas“.

• Terminis apdorojimo metodas (daugiausia šerdies, didžiausias pašalinimo greitis)

​​​​​​​

Dažniausiai naudojamas metodas yra{0}}įtempimą mažinantis atkaitinimas: kaitinkite plieninį vamzdį žemiau rekristalizavimo temperatūros (anglies plienui paprastai 550-650 laipsnių, legiruotojo plieno atveju sureguliuokite pagal medžiagą), palaikykite kurį laiką ir lėtai atvėsinkite. Dėl mikroplastiko srauto ir atominės difuzijos pašalinamas vidinis įtempis, kurio pašalinimo greitis yra nuo 70% iki 90%, o medžiagos stiprumas žymiai nesumažėja. Tai standartinis procesas, taikomas šaltai{7}}temptam vamzdžiams, suvirintiesiems vamzdžiams ir aukšto slėgio katilų vamzdžiams.

Normalizavimo + grūdinimo procesas pašalina liekamąjį įtempimą tuo pačiu metu koreguojant struktūrą ir optimizuojant mechanines savybes, dažniausiai naudojamas galutiniam besiūlių plieno vamzdžių terminiam apdorojimui.

• Mechaninio reguliavimo metodas

1. Hidrostatinis bandymas: naudokite viršslėgį vandens slėgį, kad sukeltumėte mikroplastinę vamzdžio sienelės deformaciją, pašalintumėte liekamąjį įtempį ir perskirstytumėte įtempį, suformuojant naudingą gniuždomąjį įtempį paviršiniame sluoksnyje, atliekant dvigubas kokybės tikrinimo ir įtempių reguliavimo funkcijas, ir tai yra būtinas procesas slėginius{0}}laikančius plieninius vamzdžius.
2. Apdorojimas šratiniu srove / šveitimas: didelio greičio{0}}sviediniai atsitrenkia į plieninio vamzdžio paviršių, sukeldami plastinę paviršiaus sluoksnio deformaciją, sukeldami kontroliuojamą paviršiaus liekamąjį gniuždymo įtempį, neutralizuodami žalingą tempimo įtempį ir kartu padidindami atsparumą nuovargiui ir atsparumą korozijai. Jis dažniausiai naudojamas išankstiniam-apdorojimui prieš antikoroziją.
3. Vibracinis senėjimas: naudokite rezonansą, kad padarytumėte mikroskopinius plieninio vamzdžio defektus, pašalintumėte liekamąjį įtempį, tinka didelio -skersmens ir didelio-dydžio plieniniams vamzdžiams, kurių energijos suvartojimas mažas ir ciklas trumpas, tačiau įtempių pašalinimo greitis yra mažesnis nei termiškai apdorojant.

• Natūralus senėjimas: laikykite lauke, kad stresas išnyktų lėtai ir natūraliai, ilgai trunkantis ir ribotas poveikis, naudojamas tik kaip pagalbinis metodas.

• Optimizuoti terminio apdorojimo būdus: valdykite vamzdžio ruošinio šildymo greitį, kad būtų užtikrinta vienoda krosnies temperatūra; po karšto valcavimo pritaikykite kontroliuojamą aušinimą, kad išvengtumėte greito aušinimo ir netolygaus aušinimo, taip sumažinant šiluminį įtampą.
• Optimizuoti plastinės deformacijos būdus: patobulinkite pradūrimo, vamzdžių valcavimo ir nuolatinio mažinimo štampų konfigūracijų dizainą, kad būtų užtikrinta vienoda deformacija išilgai sienos storio ir ilgio krypties; pagrįstai paskirstykite deformacijos dydį kiekviename pravažiavime, kad būtų išvengta per didelės deformacijos vienu praėjimu.
• Suvirinimo proceso optimizavimas (suvirinti vamzdžiai): valdykite suvirinimo šilumos įvedimą, taikykite išankstinio ir pakaitinimo procesus, kad sumažintumėte aušinimo greitį ir sumažintumėte temperatūros gradientą suvirinimo siūlėje; naudokite simetrinį suvirinimą ir kelių srautų{0}}suvirinimą, kad išvengtumėte deformacijų ir įtempių.
• Šaltojo apdorojimo technikos optimizavimas: Tinkamai paskirstykite deformacijos kiekį šalto tempimo / šaltojo valcavimo metu, suplanuokite tarpinį atkaitinimą, kad išvengtumėte sukietėjimo ir įtempių apdorojimo metu, tada tęskite šaltąjį apdorojimą.
• Tiesinimo proceso optimizavimas: pirmenybę teikite karštajam tiesinimui, o ne šaltam tiesinimui, optimizuokite tiesinimo sumažinimo kiekį ir ritinėlio modelį, sumažinkite tiesinimo sukeliamą įtampą; naudokite tikslų pjovimą, o ne kirpimą, kad sumažintumėte įtempių koncentraciją vamzdžių galuose.