Metodes iekšējā atlikušā sprieguma novēršanai bezšuvju tērauda caurulēs

Tādu procesu laikā kā velmēšana, metināšana, aukstā apstrāde un termiskā apstrāde,bezšuvju tērauda caurulesir pakļauti iekšējai atlikušajai spriedzei lokālu temperatūras svārstību, mikrostruktūras transformāciju vai nevienmērīgu plastisko deformāciju dēļ. Ja tas netiek novērsts, atlikušais spriegums var izraisīt deformāciju un plaisāšanu, samazinot caurules slodzes{1}}nestspēju un kalpošanas laiku. Tālāk ir aprakstītas trīs galvenās spriedzes novēršanas metodes, kuru pamatā ir plaši izmantotas inženiertehniskās metodes, kas līdzsvaro efektivitāti un praktiskumu.

 

 

1. Termiskā apstrāde: rūpīgākais un vispārpieņemtākais risinājums

Termiskā apstrāde, kas izmanto siltumu, lai pārkārtotu atomus tērauda caurulē un mazinātu stresu, ir rūpniecībā visplašāk izmantotā un efektīvākā metode. Tas galvenokārt ietver atlaidināšanu zemā-temperatūrā un atlaidināšanu no stresa.

Rūdīšana zemā-temperatūra ir piemērota rūdītām caurulēm, piemēram, augstas-oglekļa tēraudam un leģētajam tēraudam. Tērauda cauruli uzkarsē līdz 150{10}}250 grādiem, tur šajā temperatūrā 1–3 stundas un pēc tam lēnām atdzesē. Šī procesa laikā martensīta struktūra daļēji sadalās, izgulsnējot smalkus karbīdus, kas mazina režģa kropļojumus un var novērst 60–80% no atlikušā sprieguma, būtiski nesamazinot cietību. Piemēram, pēc dzesēšanas 45# bezšuvju tērauda caurule tiek pakļauta zemas temperatūras rūdīšanai 200 grādos, samazinot atlikušo spriegumu no 800 MPa līdz zem 200 MPa, vienlaikus saglabājot cietību 25–30 HRC, padarot to piemērotu lietošanai mehāniskās daļās.

 

Sprieguma samazināšanas rūdīšana ir piemērota zema{0}}oglekļa tērauda, ​​vidēja-oglekļa tērauda un metinātām tērauda caurulēm. Cauruli uzkarsē līdz 550-650 grādiem (zem fāzes pārejas temperatūras), notur 2-4 stundas un pēc tam lēnām atdzesē krāsnī. Šis process novērš iekšējos spriegumus, ko izraisa plastiskās deformācijas, izmantojot atomu difūziju, novēršot 70–90% no atlikušā sprieguma ar minimālu ietekmi uz mehāniskajām īpašībām. Piemēram, pēc ASTM A106 Gr.B tērauda caurules metināšanas spriedzes atlaidināšana 600 grādu leņķī samazina atlikušo spriegumu metināšanas zonā no 500 MPa līdz 80 MPa, efektīvi novēršot metināšanas plaisas un padarot to piemērotu transportēšanas cauruļvadiem.

 

2. Mehāniskā sprieguma samazināšana: elastīga un efektīva palīgmetode

Mehāniskā sprieguma samazināšana izmanto ārējos spēkus, lai izraisītu lokālu plastisko deformāciju tērauda caurulēs, kompensējot iekšējos atlikušos spriegumus. Šī metode ir piemērota lielām caurulēm, kur apkure ir neērta, vai būvniecībai uz vietas. Tas galvenokārt ietver vibrācijas novecošanu un spiediena iztaisnošanu.

Vibrācijas novecošana ietver vibratora pievienošanu tērauda caurulei un vibrācijas pielietošanu ar noteiktu frekvenci (50-100 Hz), lai radītu caurules rezonansi. Šīs rezonanses laikā atlikušais spriegums pārsniedz materiāla tecēšanas robežu, izraisot mikroskopisku plastisko deformāciju un tādējādi atbrīvojot spriegumu. Šī metode patērē maz enerģijas (tikai 1/10 no termiskās apstrādes) un aizņem tikai 1-2 stundas. Tas var novērst 30–50% no atlikušā sprieguma, nesabojājot virsmu. Piemēram, liela diametra Q345 bezšuvju tērauda caurule ar 1 metra diametru var samazināt atlikušo spriegumu no 400 MPa līdz aptuveni 200 MPa vibrācijas novecošanas dēļ. Šī metode ir piemērota tiltu un tērauda konstrukciju cauruļu sprieguma samazināšanai uz vietas.

 

Spiediena iztaisnošana izmanto hidraulisko presi, lai radītu spiedienu uz līkumiem vai sprieguma koncentrācijām tērauda caurulē, izraisot apgrieztu plastisko deformāciju un līdzsvarojot atlikušos spriegumus. Spiediens tiek regulēts atbilstoši caurules specifikācijām (parasti 50–70% no materiāla tecēšanas robežas) un tiek uzturēts 10–30 minūtes. Šī metode var novērst lokalizētus spriegumus (piemēram, spriegumu caurules galos pēc aukstās vilkšanas) ar samazinājuma ātrumu 40–60%. To parasti izmanto stresa pielāgošanaibezšuvju tērauda caurulesprecīzijas iekārtām, nodrošinot turpmākās apstrādes precizitāti.

 

3. Dabiska novecošana: zemas-izmaksas,{2}}ilgtermiņa risinājums

Dabiskā novecošana ietver tērauda caurules pakļaušanu āra dabiskai videi (temperatūra -20-40 grādi, mitrums 40%-80%). Ilgtermiņa temperatūras svārstības un neliela vibrācija pakāpeniski atbrīvo iekšējos spriegumus. Šī metode neprasa ieguldījumus iekārtās un ir ārkārtīgi zema, taču tā ir laikietilpīga (parasti 3–12 mēneši) un ir piemērota tikai zema oglekļa satura tērauda caurulēm ar īsu apstrādes laiku un zemu sprieguma līmeni, piemēram, 20#bezšuvju tērauda caurulesvispārējai šķidruma transportēšanai. Dabiskā novecošanās var novērst 20–30% no atlikušā sprieguma un novērst apkures ietekmi uz caurules virsmu, padarot to piemērotu lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta estētika.

 

Rezumējot, faktiskajos lietojumos metode jāizvēlas, pamatojoties uz tērauda caurules materiālu, specifikāciju, sprieguma līmeni un ekspluatācijas apstākļiem: priekšroka tiek dota termiskai apstrādei augsta sprieguma un augstas precizitātes prasībām; mehāniskās metodes var izmantot būvniecībā-uz vietas vai lielām caurulēm; un dabisko novecošanos var izmantot zemu-izmaksu,-ilgtermiņa projektiem. Saprātīga šo metožu kombinācija (piemēram, spriedzes samazināšanas atkvēlināšana, kam seko vibrācijas novecošana pēc metināšanas) var vēl vairāk uzlabot spriedzes samazināšanu un nodrošināt bezšuvju tērauda cauruļu veiktspēju un drošību.