Šta je stres termičke obrade
Napon termičke obrade je unutrašnji napon koji ostaje u čeličnoj komponenti nakon završetka ciklusa grijanja i hlađenja. Generiše se svaki put kada različiti delovi iste sekcije prolaze kroz termički ciklus različitim brzinama ili se transformišu u različito vreme, i zaključava se u materijal kada se komponenta ohladi na sobnu temperaturu.
Stres nije automatski štetan. Kada se kontrolira i rasporedi tako da površinski sloj nosi kompresiju, povećava otpornost na zamor i vijek trajanja. Kada je nekontrolisan, povećava naprezanje koje stvara pritisak, savijanje i termički ciklus, i može gurnuti komponentu preko granice tečenja ili, u najgorem slučaju, preko vlačne čvrstoće.
Toplotni stres i transformacijski stres
Tokom grijanja i hlađenja, površina i jezgro cijevi ne mijenjaju temperaturu istom brzinom. Rezultirajuća temperaturna razlika proizvodi nejednaku ekspanziju i kontrakciju, a time i naprezanje. Dok se cijev hladi, površina je u početku hladnija od jezgre i pokušava da se skupi više nego što jezgro dozvoljava, pa se jezgro povlači u napetost i površina se gura u kompresiju. Kada je hlađenje skoro završeno, situacija je obrnuta, jer se jezgro konačno mora skupiti o površinu koja je već postala kruta, tako da jezgro završava u napetosti, a površina u kompresiji. Ova komponenta se naziva toplotno naprezanje.
Druga komponenta je transformacijski napon, koji se javlja samo u čelicima koji se stvrdnjavaju. Kada se površinski sloj transformiše u martenzit prije nego jezgro, površina se širi dok je jezgro još austenitno i relativno mekano, a jezgro je plastično rastegnuto u napetosti. Nakon što se jezgro zauzvrat transformiše, ono se ne može slobodno širiti jer je površina već tvrda, tako da ostaje samo-uravnotežujući obrazac naprezanja: tvrda površina u kompresiji, jezgro u napetosti.
Veličina obe komponente raste sa brzinom hlađenja, sa sadržajem ugljenika i sa sadržajem legure. Brže hlađenje, veća kaljivost i teži dijelovi zida povećavaju plastično naprezanje proizvedeno tokom ciklusa i stoga povećavaju zaostalo naprezanje u gotovoj cijevi.
Posljedice za cijevi, cijevi i spojeve
Izobličenje: kada zaostalo naprezanje lokalno premašuje granicu tečenja, cijev se savija, postaje ovalna ili gubi ravnost i ne može se vratiti na toleranciju normalnim ravnanjem.
Pucanje: kada kombinovano zaostalo i primijenjeno naprezanje premašuje vlačnu čvrstoću, ili kada je tvrda struktura izložena vodiku, pucanje počinje na površini ili pri koncentraciji naprezanja kao što je vrh zavara.
Gubitak dimenzionalne stabilnosti nakon obrade: unutrašnje naprezanje se redistribuira kada se materijal ukloni tokom narezivanja ili obrade, tako da se komponenta pomiče nakon završnog reza.
Smanjeni zamor i otpornost na koroziju pod naprezanjem: zaostalo naprezanje na površini na površini skraćuje vijek trajanja i snižava prag pucanja od korozije pod naponom, dok tlačno naprezanje ima suprotan učinak.
Raspršivanje rezultata mehaničkog ispitivanja: dužina s neujednačenim stanjem naprezanja može pokazati nedosljednu granicu tečenja i tvrdoću duž svoje dužine.
Smanjenje i ublažavanje stresa
Prva mjera je dizajn procesa, a ne korekcija. Ravnomjerno zagrijavanje u dobro-kontroliranoj peći, kontrolirano gašenje s ravnomjernom distribucijom raspršivanja i definisano kašnjenje između gašenja i otpuštanja sve to smanjuje vršno naprezanje koje se mora riješiti kasnije. Sporo, simetrično hlađenje nakon temperiranja izbjegava dodavanje novog uzorka termičkog naprezanja na postojeći.
Druga mjera je oslobađanje od stresa. Kaljenje na odgovarajućoj temperaturi ispod donje kritične temperature omogućava čeliku da opusti zaostalo naprezanje dok prilagođava čvrstoću na potreban nivo; posebno žarenje-za ublažavanje naprezanja primjenjuje se tamo gdje je stabilnost dimenzija kritična. Rasterećenje naprezanja je standardni korak za zavarene cijevi i fitinge, a njegova temperatura i vrijeme moraju biti odabrani za stvarni razred u skladu sa važećim građevinskim kodom, kao što je ASME B31.3.
Tamo gdje je tlačno površinsko naprezanje korisno, može se namjerno uvesti. Sačmarenje, kontrolirano površinsko valjanje i, u nekim slučajevima, površinsko kaljenje se koriste za postavljanje vanjskog sloja komponente u kompresiju, zbog čega je utjecaj dobro-dizajniranog tlačnog površinskog sloja na vijek trajanja privukao toliko pažnje u proizvodnji cijevi i fitinga.
Mjerne i inspekcijske tačke
| Metoda | Svrha |
|---|---|
| X{0}}difrakcija X zraka | Direktno mjerenje površinskog preostalog naprezanja; poravnanje instrumenta je verifikovano u skladu sa ASTM E915 |
| Mjerač naprezanja za{0}}bušenje rupa | Merenje distribucije napona sa dubinom u skladu sa ASTM E837 |
| Ispitivanje tvrdoće | Indirektna provjera odziva na hlađenje i kaljenje po dužini i po obodu |
| Provjera dimenzija nakon obrade | Potvrđuje da je napon dovoljno uklonjen da komponenta ostane stabilna |
| Magnetna čestica i ultrazvučna inspekcija | Detekcija napuklina zbog gašenja i pucanja izazvanih vodonikom- na zavarenim spojevima i pri promjenama presjeka |
Budući da se zaostalo naprezanje ne može vidjeti, praktična kontrolna petlja je dokumentacija procesa plus periodična verifikacija. Snimanje dijagrama peći, parametara gašenja, ciklusa kaljenja i zapisa ispravljanja prema broju topline omogućava praćenje odstupanja prije nego što postane odbijena serija.
FAQ
P: Da li je rezidualni stres uvijek štetan?
Ne. Zaostalo tlačno naprezanje na površini poboljšava čvrstoću na zamor i otpornost na pucanje od korozije pod naponom. Problem je nekontrolirano vlačno naprezanje ili obrazac naprezanja koji povećava radno opterećenje.
P: Koja je razlika između termičkog naprezanja i transformacijskog naprezanja?
Toplotni stres dolazi od temperaturnih razlika između površine i jezgre, što uzrokuje nejednaku kontrakciju. Transformacijski napon dolazi od promjene volumena kada se austenit pretvara u martenzit ili bainit u različito vrijeme u različitim dijelovima presjeka.
P: Koje vrste cijevi su najviše izložene riziku od pucanja nakon gašenja?
Viši-ugljik i viši- razredi legure sa dobrom otvrdnjavanjem, posebno kod velikih debljina stijenki, jer mogu formirati tvrdi martenzit s visokim zaostalim naprezanjem i osjetljiviji su na vodonik.
P: Kako se smanjuje stres toplinske obrade u proizvodnji?
Ujednačenim zagrijavanjem, ravnomjernim i kontroliranim gašenjem, trenutnim temperiranjem, kontroliranim hlađenjem nakon temperiranja i, gdje je potrebno, namjenskim žarenjem{0}}za ublažavanje naprezanja. Ispravljanje se vrši nakon kaljenja, a ne prije.
P: Može li se zaostalo naprezanje izmjeriti na gotovoj cijevi?
Da. X-difrakcija rendgenskih zraka i metoda mjerenja deformacije rupa-su uobičajene tehnike, a obje se izvode u skladu s objavljenim metodama ispitivanja tako da su rezultati uporedivi između dobavljača i laboratorija.
P: Zašto se cijev ponekad savija nakon uvlačenja navoja?
Budući da obrada uklanja materijal i omogućava preraspodjelu unutrašnjeg obrasca naprezanja, tako da se dužina koja je izgledala ravno može skrenuti. Adekvatno smanjenje naprezanja prije obrade je standardni lijek.
