Metódy na elimináciu vnútorného zvyškového napätia v bezšvíkových oceľových rúrach

Počas procesov, ako je valcovanie, zváranie, spracovanie za studena a tepelné spracovanie,oceľové bezšvíkové rúrysú náchylné na vnútorné zvyškové napätie v dôsledku lokalizovaných teplotných výkyvov, transformácií mikroštruktúr alebo nerovnomernej plastickej deformácie. Ak sa neodstráni, zvyškové napätie môže viesť k deformácii a praskaniu, čím sa zníži-únosnosť a životnosť potrubia. Nasledujúci text predstavuje tri základné metódy eliminácie napätia založené na bežne používaných inžinierskych technikách, ktoré vyvažujú efektívnosť a praktickosť.

 

 

1. Tepelné spracovanie: Najdôkladnejšie a najbežnejšie riešenie

Tepelné spracovanie, ktoré využíva teplo na preusporiadanie atómov v oceľovej rúre a uvoľnenie napätia, je najpoužívanejšou a najúčinnejšou metódou v priemysle. Zahŕňa predovšetkým nízkoteplotné-popúšťanie a žíhanie na zmiernenie napätia.

Niz Oceľová rúra sa zahreje na 150-250 stupňov, udržiava sa pri tejto teplote 1 až 3 hodiny a potom sa pomaly ochladí. Počas tohto procesu sa štruktúra martenzitu čiastočne rozkladá, pričom sa vyzrážajú jemné karbidy, ktoré zmierňujú deformáciu mriežky a môžu eliminovať 60%-80% zvyškového napätia bez výrazného zníženia tvrdosti. Napríklad po ochladení sa bezšvíková oceľová rúra 45# podrobuje nízkoteplotnému temperovaniu pri 200 stupňoch, čím sa znižuje zvyškové napätie z 800 MPa na menej ako 200 MPa pri zachovaní tvrdosti 25-30 HRC, vďaka čomu je vhodná na použitie v mechanických častiach.

 

Žíhanie na odľahčenie pnutia je vhodné pre nízkouhlíkovú oceľ, strednú -uhlíkovú oceľ a zvárané oceľové rúry. Rúrka sa zahreje na 550-650 stupňov (pod teplotou fázového prechodu), udržiava sa 2-4 hodiny a potom sa pomaly ochladí v peci. Tento proces eliminuje vnútorné napätia spôsobené plastickou deformáciou prostredníctvom atómovej difúzie, čím sa eliminuje 70%-90% zvyškového napätia s minimálnym vplyvom na mechanické vlastnosti. Napríklad po zváraní oceľovej rúry ASTM A106 Gr.B, žíhanie na odľahčenie napätia pri 600 stupňoch znižuje zvyškové napätie v oblasti zvaru z 500 MPa na 80 MPa, čím účinne zabraňuje vzniku trhlín vo zvaroch a je vhodné pre prepravné potrubia.

 

2. Zníženie mechanického napätia: Flexibilná a efektívna pomocná metóda

Mechanické zníženie napätia využíva vonkajšie sily na vyvolanie lokalizovanej plastickej deformácie v oceľových rúrach, čím sa kompenzujú vnútorné zvyškové napätia. Táto metóda je vhodná pre veľké potrubia, kde je vykurovanie nepohodlné, alebo pre-výstavbu na mieste. Zahŕňa predovšetkým starnutie vibrácií a vyrovnávanie tlaku.

Vibračné starnutie zahŕňa pripevnenie vibrátora k oceľovej rúre a aplikáciu vibrácií so špecifickou frekvenciou (50-100 Hz), aby rúra rezonovala. Počas tejto rezonancie zvyškové napätie presahuje medzu klzu materiálu, vyvoláva mikroskopickú plastickú deformáciu a tým uvoľňuje napätie. Táto metóda využíva nízku energiu (iba 1/10 tepelného spracovania) a trvá len 1-2 hodiny. Dokáže eliminovať 30%-50% zvyškového napätia bez poškodenia povrchu. Napríklad bezšvíková oceľová rúra Q345 s veľkým priemerom s priemerom 1 meter môže znížiť zvyškové napätie zo 400 MPa na približne 200 MPa prostredníctvom starnutia vibráciami. Táto metóda je vhodná na odľahčenie od pnutia rúr používaných v mostoch a oceľových konštrukciách na mieste.

 

Tlakové vyrovnávanie využíva hydraulický lis na aplikovanie tlaku na ohyby alebo koncentrácie napätia v oceľovej rúre, čo vyvoláva reverznú plastickú deformáciu a vyrovnáva zvyškové napätia. Tlak sa upraví podľa špecifikácií potrubia (zvyčajne 50 % až 70 % medze klzu materiálu) a udržiava sa 10 až 30 minút. Táto metóda môže eliminovať lokálne napätia (ako je napätie na koncoch rúry po ťahaní za studena) s mierou redukcie 40 % - 60 %. Bežne sa používa na úpravu stresu voceľové bezšvíkové rúrypre presné strojné zariadenia, zabezpečujúce následnú presnosť spracovania.

 

3. Prirodzené starnutie: Nízkonákladové-dlhodobé riešenie

Prirodzené starnutie zahŕňa vystavenie oceľovej rúry vonkajšiemu prirodzenému prostrediu (teplota -20-40 stupňov , vlhkosť 40 %-80 %). Dlhodobé-kolísanie teploty a mierne vibrácie postupne uvoľňujú vnútorné napätie. Táto metóda nevyžaduje žiadne investície do vybavenia a je mimoriadne lacná, ale je časovo náročná (zvyčajne 3 – 12 mesiacov) a je vhodná len pre rúrky z nízkouhlíkovej ocele s krátkym časom spracovania a nízkou úrovňou napätia, ako napríklad 20#oceľové bezšvíkové rúryna všeobecnú prepravu tekutín. Prirodzené starnutie môže eliminovať 20%-30% zvyškového napätia a zabrániť účinkom zahrievania na povrch potrubia, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie vyžadujúce vysokú estetiku.

 

Stručne povedané, v skutočných aplikáciách by sa mala metóda vybrať na základe materiálu oceľovej rúry, špecifikácie, úrovne napätia a prevádzkových podmienok: tepelné spracovanie sa uprednostňuje pre vysoké namáhanie a požiadavky na vysokú presnosť; mechanické metódy možno použiť-na stavbu na mieste alebo na veľké potrubia; a prirodzené starnutie možno využiť na nízkonákladové-dlhodobé{2}}projekty. Rozumná kombinácia týchto metód (ako je žíhanie na odľahčenie napätia, po ktorom nasleduje starnutie vibráciami po zváraní) môže ešte viac zlepšiť uvoľnenie napätia a zabezpečiť výkon a bezpečnosť bezšvíkových oceľových rúr.