Problem stresa v proizvodnji jeklenih cevi

Glavni vzroki notranje napetosti v jeklenih ceveh soneenakomerne spremembe temperature, neenakomerna plastična deformacija, inasinhroni fazni prehodi v strukturi.Ti pojavi napetosti se pojavijo v zgodnji, srednji in končni fazi proizvodnega procesa in jih je mogoče razvrstiti v prehodno napetost (ki izgine po končanem procesu) in preostalo napetost (ki ostane v končnem izdelku in je ključni dejavnik, ki vpliva na kakovost). Obstajajo velike razlike v stopnjah generiranja napetosti za različne proizvodne poti (kot so brezšivne jeklene cevi in ​​varjene jeklene cevi). Posebne podrobnosti so naslednje:

V tej fazi je obremenitev predvsem toplotna obremenitev, večinoma prehodna obremenitev. Nekaj ​​začetne preostale napetosti se bo skupaj s surovinami preneslo v naslednje korake obdelave.

• Začetna preostala napetost cevnih gredic: Med postopkom hlajenja in ravnanja cevnih gredic za kontinuirano litje in valjanih cevnih gredic, notranjiima stresže ohranjena. To spada k obremenitvi pred -predelavo, ki jo povzročijo surovine, in bo prekrita s obremenitvijo, ki sledi pri obdelavi.
• Toplotna obremenitev med postopkom segrevanja:Ko se gredice cevi segrejejo, se površinska plast zaradi toplote najprej razširi, medtem ko ima jedrna plast nižjo temperaturo in manjšo raztezno količino. Površinska plast je stisnjena, jedrna plast pa raztegnjena. Če je hitrost segrevanja prehitra ali temperatura v peči neenakomerna, se toplotna obremenitev močno poveča in v skrajnih primerih lahko povzroči razpoke na površini gredic cevi. Po enakomernem segrevanju bo trenutna toplotna obremenitev znatno zmanjšana.

To je najbolj kritična faza za ustvarjanje stresa. Velika plastična deformacija in lokalni toplotni cikli ustvarjajo veliko količino deformacijske napetosti in toplotne napetosti, ki sta glavni vir preostale napetosti v končnem izdelku.

• Jedrni postopki brezšivnih jeklenih cevi

1. Postopek prebadanja: Med prebadanjem z nagnjenim valjanjem je cevna gredica podvržena intenzivni tri-dimenzionalni ne-enakomerni plastični deformaciji pod delovanjem valjev in glave udarca. Obstaja velika razlika v deformacijski količini debeline stene ter notranjih in zunanjih površin, kar ima za posledico znatno deformacijsko napetost; neenakomerno ohlajanje po prebadanju bo dodalo toplotno obremenitev, ki skupaj tvori začetno preostalo napetost cevi.
2. Valjanje cevi/postopek fiksnega redukcijskega premera:Pri neprekinjenem valjanju in avtomatskem valjanju cevi se debelina stene zmanjša in pride do osnega raztezanja. Deformacija je neenakomerno porazdeljena po debelini stene; v postopkih s fiksnim premerom in redukcijskim premerom pride do obodne deformacije stiskanja, razlika v deformaciji med notranjo in zunanjo površino pa se še poveča, kar je glavni vir aksialne in obodne preostale napetosti v vroče-brezšivnih ceveh.

• Jedrni postopek varjenih jeklenih cevi

1. Postopek oblikovanja:Jekleni trak je večkrat upognjen z valji, da se oblikuje surovec cevi. Upogibna deformacija povzroči, da je zunanja plast jeklene plošče pod napetostjo, notranja plast pa pod stiskanjem. Po hladni plastični deformaciji ostane zaostala upogibna napetost. To spada med stres obdelovalnega oblikovanja.
2. Postopek varjenja:Varjeni šiv in območje toplotnega vpliva se hitro segrejeta in lokalno ohladita. Toplotno raztezanje ogrevalnega območja omejuje okoliška hladna kovina, kar ima za posledico tlačno plastično deformacijo; med ohlajanjem je krčenje omejeno z okoliško osnovno kovino in na koncu nastane zelo visoka zaostala natezna napetost v območju zvara. Osnovna kovina na obeh straneh je pod tlačno obremenitvijo, da se ohrani ravnotežje, ki je glavni vir napetosti varjenih cevi. Večja kot je energija varilne linije in hitrejša je hitrost ohlajanja, višja je stopnja preostale napetosti.

Ta stopnja lahko povzroči nove preostale napetosti ali pa se te napetosti lahko odpravijo s posebnimi postopki v prejšnji fazi.

• Postopek hlajenja: Ko se vroče{0}}valjane in varjene jeklene cevi ohlajajo, se površina ohlaja hitreje, sredica pa počasneje. Površina se najprej skrči in je pod napetostjo, medtem ko se jedro kasneje skrči in je pod pritiskom, kar povzroči preostalo toplotno napetost; hitrejša je hitrost ohlajanja in bolj neenakomerno ohlajanje, večja je preostala toplotna napetost.
• Postopek ravnanja:Hladno ravnanje popravi ukrivljenost cevi s ponavljajočim se povratnim upogibanjem in plastično deformacijo, vendar bo neenakomerna deformacija povzročila novo upogibno preostalo napetost. Običajno površinska plast cevi zadrži tlačno napetost, pod-površinska plast pa natezno napetost; vroče ravnanje (z uporabo preostale toplote od valjanja za ravnanje) povzroči napetosti, ki so veliko manjše od tistih pri hladnem ravnanju.
• Stopnje hladne obdelave (hladno vlečenje/hladno valjanje cevi): Pri veliki plastični deformaciji pri sobni temperaturi bosta nastala izredno močno utrjevanje pri obdelavi in ​​preostala napetost, ki je absolutni glavni vir preostale napetosti za hladno-vlečene/hladno{1}}jeklene cevi, raven napetosti pa je veliko višja kot pri vroče-valjanih jeklenih ceveh.
• Rezanje in obdelava koncev cevi: Žaganje, vrezovanje navojev in obdelava utorov bo povzročilo lokalno plastično deformacijo, kar bo povzročilo lokalno koncentracijo napetosti na koncu cevi.
• Postopek toplotne obdelave: Ko je proces pravilno izveden, se lahko stres odpravi; če je segrevanje neenakomerno ali je ohlajanje prehitro (kot je kaljenje), bo nastala nova toplotna napetost in mikrostrukturna napetost, v hudih primerih pa bo jeklena cev počila.

Trenutna napetost med procesom vpliva le na stabilnost procesa. Preostala obremenitev je ključni dejavnik, ki določa kakovost in storitveno delovanje končnega izdelka, in ima dva učinka: negativne vplive in nadzorovane pozitivne učinke.

• Nestabilnost dimenzij in oblik:Preostala napetost je notranja-uravnavna sila. Ko nadaljnji koraki obdelave, kot so rezanje, rezanje navojev, krivljenje itd., porušijo ravnovesje napetosti, bo sprostitev napetosti povzročila, da se jeklena cev upogne, preseže mejo eliptičnosti, razširi ali skrči premer in vpliva na dimenzijsko natančnost; počasno sproščanje napetosti med dolgotrajnim-skladiščenjem lahko privede tudi do okvare zaradi deformacije.
• Zmanjšana{0}}obremenitev in utrujenost: Preostala natezna napetost se bo prekrivala z delovno napetostjo, ki nastane zaradi delovnega tlaka in izmeničnih obremenitev, zaradi česar bo jeklena cev dejansko nosila več sile od projektirane vrednosti, s čimer se bo zmanjšala njena tlačna{0}}nosilnost; pod izmeničnimi obremenitvami, kot so nihanja tlaka tekočine in vibracije, bo zaostala natezna napetost pospešila nastanek razpok in znatno zmanjšala življenjsko dobo zaradi utrujenosti ter v hujših primerih povzročila pretrganje ali zlom cevi.
• Izzovejo razpoke zaradi napetostne korozije: V korozivnih medijih, ki vsebujejo žveplo, kloridne ione itd. (kot so transport nafte in plina, kemični cevovodi), bo preostala natezna napetost medsebojno vplivala na korozijo, kar bo povzročilo razpoke zaradi napetostne korozije (SCC), ki je ena od glavnih oblik odpovedi cevi za transport nafte in plina ter cevi za rafiniranje in kemikalije.
• Poslabšanje zmogljivosti naknadne obdelave: Jeklene cevi z velikimi preostalimi napetostmi so med sekundarnimi koraki obdelave, kot so upogibanje, raztezanje in krčenje, nagnjene k pokanju in čezmernemu odboju, kar ima za posledico znatno zmanjšanje stopnje kvalifikacije obdelave.

Niso vse preostale napetosti škodljive: površinska preostala tlačna napetost lahko prepreči nekatere zunanje natezne obremenitve, s čimer poveča odpornost proti utrujenosti in odpornost proti koroziji jeklene cevi. V industriji se nadzorovana površinska tlačna napetost aktivno uvaja s postopki, kot sta nabiranje in hidrostatično testiranje, da se optimizira obratovalna učinkovitost jeklenih cevi.

Glede stresa je razdeljen na dve vrsti pristopov: "Odprava/nadzor že nastalega preostalega stresa" in "Zmanjšanje nastajanja stresa pri izvoru".

• Metoda toplotne obdelave (največ jedra, najvišja stopnja izločanja)

​​​​​​​

Najpogosteje uporabljena metoda je žarjenje-za razbremenitev: segrejte jekleno cev pod temperaturo rekristalizacije (za ogljikovo jeklo, običajno 550-650 stopinj, za legirano jeklo prilagodite glede na material), držite nekaj časa in nato počasi ohladite. Z mikroplastičnim pretokom in atomsko difuzijo se notranja napetost sprosti s stopnjo izločanja od 70 % do 90 %, pri čemer se trdnost materiala bistveno ne zmanjša. To je standardni postopek za hladno-vlečene cevi, varjene cevi in ​​visokotlačne cevi kotlov.

Proces normalizacije + popuščanja hkrati odpravlja preostale napetosti, hkrati pa prilagaja strukturo in optimizira mehanske lastnosti, ki se večinoma uporabljajo za končno toplotno obdelavo brezšivnih jeklenih cevi.

• Metoda mehanske regulacije

1. Hidrostatični preskus: uporabite vodni tlak pod nadtlakom, da povzročite mikroplastično deformacijo stene cevi, sprostite preostale napetosti in prerazporedite napetost, s čimer ustvarite koristno tlačno napetost na površinski plasti, ima dvojno funkcijo pregleda kakovosti in regulacije napetosti, in je nujen postopek za tlačno{0}}nosilne jeklene cevi.
2. Obdelava s peskanjem/pekanjem: visoko{0}}hitrostni izstrelki udarijo v površino jeklene cevi, povzročijo plastično deformacijo površinskega sloja, uvedejo nadzorovano površinsko preostalo tlačno napetost, preprečijo škodljivo natezno napetost in hkrati povečajo odpornost proti utrujanju in odpornost proti koroziji. Običajno se uporablja za predob-obdelavo pred-protikorozijo.
3. Vibracijsko staranje: uporabite resonanco, da naredite mikroskopske napake v zdrsu jeklene cevi, sprostite preostalo napetost, primerno za jeklene cevi velikega-premera in velike-dimenzije, z nizko porabo energije in kratkim ciklom, vendar je stopnja izločanja napetosti nižja kot pri toplotni obdelavi.

• Naravno staranje: hranite na prostem, da omogočite počasno in naravno sproščanje stresa, z dolgim ​​ciklom in omejenim učinkom, uporabljajte le kot pomožno metodo.

• Optimizirajte tehnike toplotne obdelave: Nadzirajte hitrost segrevanja cevne gredice, da zagotovite enakomerno temperaturo peči; uporabite nadzorovano hlajenje po vročem valjanju, da se izognete hitremu in neenakomernemu hlajenju, s čimer zmanjšate toplotno obremenitev.
• Optimizirajte tehnike plastične deformacije: Izboljšajte zasnovo prebadanja, valjanja cevi in ​​konfiguracije matrice za konstantno redukcijo, da zagotovite enotno deformacijo vzdolž debeline stene in smeri dolžine; razumno porazdelite količino deformacije v vsakem prehodu, da se izognete čezmerni deformaciji v enem prehodu.
• Optimizacija postopka varjenja (varjene cevi): Nadzirajte dovod toplote pri varjenju, uporabite postopke predgretja in naknadnega segrevanja, da zmanjšate hitrost hlajenja in čim bolj zmanjšate temperaturni gradient na zvarnem šivu; uporabite simetrično varjenje in več{0}}varjenje za preprečevanje nekaterih deformacij in napetosti.
• Optimizacija tehnike hladne obdelave: Razmerno porazdelite količino deformacije pri hladnem vlečenju/hladnem valjanju, načrtujte vmesno žarjenje, da odpravite utrjevanje in napetost med obdelavo, nato pa nadaljujte z nadaljnjo hladno obdelavo.
• Optimizacija procesa ravnanja: dajte prednost uporabi vročega ravnanja namesto hladnega, optimizirajte količino zmanjšanja ravnanja in vzorec valjanja, zmanjšajte obremenitev, ki jo povzroča ravnanje; uporabite natančno žaganje namesto striženja, da zmanjšate koncentracijo napetosti na koncih cevi.