Što je stres toplinske obrade
Naprezanje toplinske obrade unutarnje je naprezanje koje ostaje u čeličnoj komponenti nakon završetka ciklusa grijanja i hlađenja. Generira se kad god različiti dijelovi istog dijela prolaze kroz toplinski ciklus različitim brzinama ili se transformiraju u različito vrijeme, a zaključava se u materijalu nakon što se komponenta ohladi na sobnu temperaturu.
Stres nije automatski štetan. Kada je kontroliran i raspoređen tako da površinski sloj nosi kompresiju, povećava otpornost na zamor i vijek trajanja. Kada je nekontrolirano, povećava naprezanje uzrokovano pritiskom, savijanjem i toplinskim cikliranjem i može gurnuti komponentu preko njezine granice razvlačenja ili, u najgorem slučaju, preko njezine vlačne čvrstoće.
Toplinsko naprezanje i transformacijsko naprezanje
Tijekom zagrijavanja i hlađenja površina i jezgra cijevi ne mijenjaju temperaturu istom brzinom. Rezultirajuća temperaturna razlika proizvodi nejednako širenje i skupljanje, a time i naprezanje. Dok se cijev hladi, površina je u početku hladnija od jezgre i pokušava se stegnuti više nego što jezgra dopušta, tako da je jezgra uvučena u napetost, a površina je gurnuta u kompresiju. Kad je hlađenje gotovo, situacija se obrće, jer se jezgra konačno mora stegnuti uz površinu koja je već postala kruta, tako da jezgra završi u napetosti, a površina u kompresiji. Ova se komponenta naziva toplinsko naprezanje.
Druga komponenta je transformacijsko naprezanje, koje se pojavljuje samo kod čelika koji očvrsnu. Kada se površinski sloj transformira u martenzit prije jezgre, površina se širi dok je jezgra još austenitna i relativno mekana, a jezgra je plastično istegnuta u napetosti. Nakon što se jezgra sa svoje strane transformira, ne može se slobodno širiti jer je površina već tvrda, tako da samo-uravnotežujući uzorak stresa ostaje: tvrda površina u kompresiji, jezgra u napetosti.
Veličina obje komponente raste s brzinom hlađenja, s udjelom ugljika i s udjelom legure. Brže hlađenje, veća otvrdljivost i teži dijelovi stijenki povećavaju plastičnu deformaciju koja nastaje tijekom ciklusa i stoga povećavaju preostali stres u gotovoj cijevi.
Posljedice za cijevi, cijevi i priključke
Iskrivljenje: kada zaostalo naprezanje lokalno premaši granicu tečenja, cijev se savija, ovalizira ili gubi ravnost i ne može se vratiti u toleranciju normalnim ravnanjem.
Pukotine: kada kombinacija zaostalog i primijenjenog naprezanja premaši vlačnu čvrstoću ili kada je tvrda struktura izložena vodiku, pucanje počinje na površini ili pri koncentraciji naprezanja kao što je vrh zavara.
Gubitak dimenzijske stabilnosti nakon strojne obrade: unutarnje naprezanje se preraspodjeljuje kada se materijal ukloni tijekom rezanja navoja ili strojne obrade, pa se komponenta pomiče nakon završnog rezanja.
Smanjena otpornost na zamor i koroziju: vlačno zaostalo naprezanje na površini skraćuje vijek trajanja i snižava prag za pucanje od korozije na napon, dok tlačno naprezanje ima suprotan učinak.
Raspršenost u rezultatima mehaničkog ispitivanja: duljina s nejednakim stanjem naprezanja može pokazivati nedosljednu granicu tečenja i tvrdoću duž svoje duljine.
Smanjenje i ublažavanje stresa
Prva mjera je dizajn procesa, a ne korekcija. Ujednačeno zagrijavanje u dobro-kontroliranoj peći, kontrolirano kaljenje s ravnomjernom raspodjelom prskanja i definirana odgoda između kaljenja i kaljenja smanjuju vršno naprezanje s kojim se kasnije treba pozabaviti. Sporo, simetrično hlađenje nakon kaljenja izbjegava dodavanje novog obrasca toplinskog naprezanja povrh postojećeg.
Druga mjera je oslobađanje od stresa. Kaljenje na prikladnoj temperaturi ispod donje kritične temperature omogućuje čeliku da opusti zaostalo naprezanje uz podešavanje čvrstoće na potrebnu razinu; namjensko žarenje-za ublažavanje naprezanja primjenjuje se tamo gdje je dimenzionalna stabilnost kritična. Ublažavanje naprezanja standardni je korak za zavarene cijevi i priključke, a njegova temperatura i vrijeme moraju se odabrati za stvarnu ocjenu u skladu s važećim građevinskim kodeksom, kao što je ASME B31.3.
Tamo gdje je tlačno površinsko naprezanje korisno, može se uvesti namjerno. Sačmarenje, kontrolirano površinsko valjanje i, u nekim slučajevima, površinsko otvrdnjavanje koriste se za stavljanje vanjskog sloja komponente u kompresiju, zbog čega je utjecaj dobro-projektiranog tlačnog površinskog sloja na otpornost na zamor privukao toliko pozornosti u proizvodnji cijevi i fitinga.
Mjerna i inspekcijska mjesta
| metoda | Svrha |
|---|---|
| Difrakcija X-zraka | Izravno mjerenje površinskog zaostalog naprezanja; usklađenost instrumenata provjerena je u skladu s ASTM E915 |
| Mjerač naprezanja-za bušenje | Mjerenje raspodjele naprezanja s dubinom u skladu s ASTM E837 |
| Istraživanje tvrdoće | Neizravna provjera odziva na hlađenje i temperiranje po duljini i po obodu |
| Provjera dimenzija nakon strojne obrade | Potvrđuje da je stres dovoljno smanjen da komponenta ostane stabilna |
| Pregled magnetskim česticama i ultrazvukom | Detekcija pukotina pri gašenju i pukotina izazvanih -vodikom na zavarima i pri promjenama presjeka |
Budući da se zaostalo naprezanje ne može vidjeti, praktična kontrolna petlja je procesna dokumentacija plus periodična provjera. Snimanje dijagrama peći, parametara kaljenja, ciklusa kaljenja i zapisa o ravnanju u odnosu na toplinski broj omogućuje praćenje odstupanja prije nego što postane odbijena serija.
FAQ
P: Je li rezidualni stres uvijek štetan?
Ne. Preostalo tlačno naprezanje na površini poboljšava čvrstoću na zamor i otpornost na pucanje uslijed korozije. Problem je nekontrolirano vlačno naprezanje ili uzorak naprezanja koji povećava radno opterećenje.
P: Koja je razlika između toplinskog naprezanja i transformacijskog naprezanja?
Toplinski stres dolazi od temperaturnih razlika između površine i jezgre, što uzrokuje nejednaku kontrakciju. Transformacijsko naprezanje dolazi od promjene volumena kada se austenit pretvara u martenzit ili bainit u različitim vremenima u različitim dijelovima presjeka.
P: Koje vrste cijevi su najviše izložene riziku od pucanja uslijed gašenja?
Više{0}}ugljika i više{1}}legura s dobrom prokaljivošću, posebno kod velikih debljina stijenki, jer mogu formirati tvrdi martenzit s visokim zaostalim naprezanjem i osjetljiviji su na vodik.
P: Kako se smanjuje stres toplinske obrade u proizvodnji?
Ravnomjernim zagrijavanjem, ravnomjernim i kontroliranim kaljenjem, neposrednim kaljenjem, kontroliranim hlađenjem nakon kaljenja i, gdje je potrebno, žarenjem-za smanjenje naprezanja. Ravnanje se provodi nakon kaljenja, a ne prije.
P: Može li se zaostalo naprezanje mjeriti na gotovoj cijevi?
Da. Difrakcija X-zraka i metoda -mjeranja naprezanja bušenja uobičajene su tehnike, a obje se izvode u skladu s objavljenim metodama ispitivanja tako da su rezultati usporedivi između dobavljača i laboratorija.
P: Zašto se cijev ponekad savija nakon urezivanja navoja?
Budući da strojna obrada uklanja materijal i omogućuje preraspodjelu uzorka unutarnjeg naprezanja, duljina koja se činila ravnom može se deformirati. Adekvatno smanjenje naprezanja prije strojne obrade standardni je lijek.
