قضية الإجهاد في إنتاج الأنابيب الفولاذية

الأسباب الرئيسية للإجهاد الداخلي في الأنابيب الفولاذية هيتغيرات غير متساوية في درجات الحرارة, تشوه البلاستيك غير المتكافئ، والتحولات المرحلة غير المتزامنة في الهيكل.تحدث ظواهر الإجهاد هذه في المراحل المبكرة والمتوسطة والنهائية من عملية الإنتاج ويمكن تصنيفها إلى إجهاد عابر (والذي يختفي بعد اكتمال العملية) وإجهاد متبقي (والذي يبقى في المنتج النهائي وهو العامل الأساسي الذي يؤثر على الجودة). هناك اختلافات كبيرة في مراحل توليد الإجهاد لطرق الإنتاج المختلفة (مثل الأنابيب الفولاذية غير الملحومة والأنابيب الفولاذية الملحومة). التفاصيل المحددة هي كما يلي:

خلال هذه المرحلة، يكون الإجهاد بشكل أساسي إجهادًا حراريًا، وفي الغالب إجهادًا عابرًا. سيتم ترحيل بعض الإجهاد الأولي المتبقي إلى خطوات المعالجة اللاحقة جنبًا إلى جنب مع المواد الخام.

• الإجهاد المتبقي الأولي لقضبان الأنابيب: أثناء عملية التبريد والتقويم لقضبان أنابيب الصب المستمر وقضبان الأنابيب المدرفلة، الداخليةالإجهاد لديهتم الاحتفاظ بها بالفعل. وينتمي هذا إلى إجهاد ما قبل المعالجة-الذي تسببه المواد الخام وسيتم فرضه على إجهاد المعالجة اللاحق.
• الإجهاد الحراري أثناء عملية التسخين:عندما يتم تسخين قطع الأنابيب، فإن الطبقة السطحية تتوسع أولاً بسبب الحرارة، في حين أن الطبقة الأساسية لديها درجة حرارة أقل وكمية تمدد أصغر. يتم ضغط الطبقة السطحية وتمتد الطبقة الأساسية. إذا كانت سرعة التسخين سريعة جدًا أو كانت درجة الحرارة في الفرن غير متساوية، فسيزداد الضغط الحراري بشكل حاد، وفي الحالات القصوى، قد يتسبب ذلك في حدوث تشققات على سطح قطع الأنابيب. بعد التسخين الموحد، سيتم تخفيف الضغط الحراري اللحظي بشكل كبير.

هذه هي المرحلة الأكثر أهمية لتوليد التوتر. يولد تشوه البلاستيك الكبير والدورات الحرارية المحلية كمية كبيرة من إجهاد التشوه والإجهاد الحراري، وهما المصدران الرئيسيان للإجهاد المتبقي في المنتج النهائي.

• العمليات الأساسية للأنابيب الفولاذية غير الملحومة

1. عملية الثقب: أثناء الثقب المتدحرج المائل، تخضع قطعة الأنبوب لتشوه بلاستيكي شديد ثلاثي الأبعاد-غير منتظم-تحت تأثير اللفائف ورأس التثقيب. هناك اختلاف كبير في كمية التشوه في سمك الجدار والأسطح الداخلية والخارجية، مما يؤدي إلى إجهاد تشوه كبير؛ التبريد غير المتكافئ بعد الثقب سيضيف إجهادًا حراريًا، مما يشكل بشكل مشترك الضغط الأولي المتبقي للأنبوب.
2. أنبوب المتداول / عملية قطر التخفيض الثابت:أثناء الدرفلة المستمرة والدرفلة الأوتوماتيكية للأنبوب، يتم تقليل سمك الجدار ويحدث التمديد المحوري. يتم توزيع التشوه بشكل غير متساو على طول سمك الجدار. في عمليات القطر الثابت وقطر التخفيض، يحدث تشوه الضغط المحيطي، ويتم تضخيم الفرق في التشوه بين الأسطح الداخلية والخارجية، وهو المصدر الرئيسي للإجهاد المتبقي المحوري والمحيطي في الأنابيب غير الملحومة المدرفلة على الساخن -.

• العملية الأساسية لأنابيب الصلب الملحومة

1. عملية التشكيل:يتم ثني الشريط الفولاذي عدة مرات بواسطة بكرات لتشكيل الأنبوب الفارغ. يؤدي تشوه الانحناء إلى تعرض الطبقة الخارجية للوحة الفولاذ للتوتر والطبقة الداخلية للضغط. بعد تشوه البلاستيك البارد، يبقى الضغط المتبقي المتبقي. هذا ينتمي إلى ضغوط معالجة التشكيل.
2. عملية اللحام:يتم تسخين وتبريد خط اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة بسرعة محليًا. يتم تقييد التمدد الحراري لمنطقة التسخين بواسطة المعدن البارد المحيط، مما يؤدي إلى تشوه البلاستيك المضغوط؛ أثناء التبريد، يتم تقييد الانكماش بواسطة المعدن الأساسي المحيط، وأخيرًا يتم تشكيل إجهاد شد متبقٍ عالي جدًا في منطقة التماس اللحام. يتعرض المعدن الأساسي على كلا الجانبين لضغط ضاغط للحفاظ على التوازن، وهو مصدر الضغط الأساسي للأنابيب الملحومة. كلما زادت طاقة خط اللحام وزادت سرعة التبريد، زاد مستوى الضغط المتبقي.

قد تؤدي هذه المرحلة إلى ظهور ضغوط متبقية جديدة، أو يمكن التخلص من هذه الضغوط من خلال عمليات محددة في المرحلة السابقة.

• عملية التبريد: عندما تبرد الأنابيب الفولاذية الملحومة والمدلفنة على الساخن، يبرد السطح بشكل أسرع بينما يبرد القلب بشكل أبطأ. يتقلص السطح أولاً ويكون تحت التوتر، في حين يتقلص القلب لاحقًا ويتعرض للضغط، مما يؤدي إلى إجهاد حراري متبقي؛ كلما كان معدل التبريد أسرع وكان التبريد غير متساوٍ، زاد الضغط الحراري المتبقي.
• عملية استقامة:تعمل التسوية الباردة على تصحيح انحناء الأنبوب من خلال الانحناء العكسي المتكرر وتشوه البلاستيك، ولكن التشوه غير المتساوي سيؤدي إلى إجهاد انحناء جديد. عادةً، تحتفظ الطبقة السطحية للأنبوب بإجهاد الضغط، وتحتفظ الطبقة السطحية الفرعية- بإجهاد الشد؛ يؤدي التقويم الساخن (باستخدام الحرارة المتبقية من التدحرج إلى التقويم) إلى ضغوط أصغر بكثير من تلك الناتجة عن التقويم البارد.
• مراحل المعالجة الباردة (السحب على البارد/أنابيب الدرفلة على البارد): في ظل التشوه البلاستيكي الكبير في درجة حرارة الغرفة، سيتم إنشاء تصلب معالجة قوي للغاية وإجهاد متبقي، وهو المصدر الرئيسي المطلق للضغط المتبقي للأنابيب الفولاذية المدرفلة -المسحوبة/الباردة- على البارد، ويكون مستوى الإجهاد أعلى بكثير من مستوى الأنابيب الفولاذية المدرفلة على الساخن-.
• قطع ومعالجة نهاية الأنابيب: سيؤدي النشر والخيوط ومعالجة الأخدود إلى تشوه البلاستيك المحلي، مما يؤدي إلى تركيز الضغط المحلي في نهاية الأنبوب.
• عملية المعالجة الحرارية: عندما تتم العملية بشكل صحيح، يمكن التخلص من التوتر. إذا كان التسخين غير متساوٍ أو التبريد سريعًا جدًا (مثل التبريد)، فسيتم توليد إجهاد حراري جديد وإجهاد بنيوي مجهري، وفي الحالات الشديدة، سوف تتشقق الأنابيب الفولاذية.

يؤثر الضغط الفوري أثناء العملية فقط على استقرار العملية. الإجهاد المتبقي هو العامل الأساسي الذي يحدد جودة وأداء الخدمة للمنتج النهائي، وله تأثيران: تأثيرات سلبية وتأثيرات إيجابية يمكن السيطرة عليها.

• عدم استقرار الأبعاد والشكل:يمثل الإجهاد المتبقي قوة موازنة ذاتية-داخلية. عندما تؤدي خطوات المعالجة اللاحقة مثل القطع، والخيوط، والثني، وما إلى ذلك إلى تعطيل توازن الإجهاد، فإن إطلاق الضغط سيؤدي إلى ثني الأنابيب الفولاذية، وتجاوز حد الإهليلجية، وتوسيع أو انكماش القطر، والتأثير على دقة الأبعاد؛ يمكن أيضًا أن يؤدي تحرير الضغط البطيء أثناء التخزين على المدى الطويل-إلى فشل التشوه.
• انخفاض الضغط-أداء المحمل والتعب: سيتم فرض إجهاد الشد المتبقي مع إجهاد العمل الناتج عن ضغط التشغيل والأحمال المتناوبة، مما يتسبب في أن يتحمل الأنبوب الفولاذي قوة أكبر من القيمة التصميمية، وبالتالي تقليل قدرة تحمل الضغط-؛ في ظل الأحمال المتناوبة مثل تقلبات ضغط السوائل والاهتزازات، فإن إجهاد الشد المتبقي سوف يسرع من بدء التشققات ويقلل بشكل كبير من عمر الكلال، وفي الحالات الشديدة، يسبب تمزق الأنابيب أو كسرها.
• الحث على تكسير التآكل الإجهاد: في الوسائط المسببة للتآكل التي تحتوي على أيونات الكبريت والكلوريد وما إلى ذلك (مثل نقل النفط والغاز وخطوط الأنابيب الكيميائية)، سوف يتفاعل إجهاد الشد المتبقي مع التآكل، مما يؤدي إلى تكسير التآكل الإجهادي (SCC)، وهو أحد أشكال الفشل الأساسية لأنابيب نقل النفط والغاز وأنابيب التكرير والأنابيب الكيميائية.
• تدهور أداء المعالجة اللاحقة: بالنسبة للأنابيب الفولاذية ذات الإجهاد المتبقي الكبير، أثناء خطوات المعالجة الثانوية مثل الثني والتوسع والانكماش، فإنها تكون عرضة للتشقق والارتداد المفرط، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في معدل تأهيل المعالجة.

ليست كل الضغوط المتبقية ضارة: يمكن لضغط الضغط المتبقي على السطح أن يقاوم بعض أحمال الشد الخارجية، مما يعزز قوة الكلال ومقاومة التآكل الناتج عن الإجهاد للأنابيب الفولاذية. في الصناعة، يتم إدخال إجهاد الضغط السطحي الذي يتم التحكم فيه بشكل فعال من خلال عمليات مثل الطحن بالخردق والاختبار الهيدروستاتيكي لتحسين أداء خدمة الأنابيب الفولاذية.

فيما يتعلق بالإجهاد، فإنه ينقسم إلى نوعين من الأساليب: "القضاء على/السيطرة على الإجهاد المتبقي الذي تم توليده بالفعل" و"تقليل توليد الإجهاد عند المصدر".

• طريقة المعالجة الحرارية (الأكثر جوهرية، أعلى معدل إزالة)

​​​​​​​

الطريقة الأكثر استخدامًا هي التلدين-تخفيف الإجهاد: قم بتسخين الأنابيب الفولاذية تحت درجة حرارة إعادة البلورة (بالنسبة للفولاذ الكربوني، بشكل عام 550-650 درجة، بالنسبة لسبائك الفولاذ، اضبطها وفقًا للمادة)، ثم احتفظ بها لفترة من الوقت، ثم تبرد ببطء. من خلال تدفق البلاستيك الصغير والانتشار الذري، يتم تحرير الضغط الداخلي، بمعدل إزالة يتراوح من 70% إلى 90%، في حين لا يقلل بشكل كبير من قوة المادة. إنها عملية قياسية للأنابيب المسحوبة على البارد، والأنابيب الملحومة، وأنابيب الغلايات ذات الضغط العالي.

تعمل عملية التطبيع + التقسية على إزالة الإجهاد المتبقي في وقت واحد مع ضبط الهيكل وتحسين الخواص الميكانيكية، والتي تستخدم في الغالب للمعالجة الحرارية النهائية للأنابيب الفولاذية غير الملحومة.

• طريقة التنظيم الميكانيكي

1. اختبار الهيدروستاتيكي: تطبيق ضغط الماء الزائد لإحداث تشوه بلاستيكي صغير لجدار الأنبوب، وإطلاق الضغط المتبقي وإعادة توزيع الضغط، وتشكيل ضغط ضغط مفيد على الطبقة السطحية، وله وظيفتان مزدوجتان لفحص الجودة وتنظيم الإجهاد، وهي عملية ضرورية للضغط-على الأنابيب الفولاذية الحاملة.
2. معالجة السفع بالخردق/التفجير: تؤثر المقذوفات عالية السرعة- على سطح الأنابيب الفولاذية، مما يسبب تشوهًا بلاستيكيًا للطبقة السطحية، مما يؤدي إلى إجهاد ضغط متبقٍ يمكن التحكم فيه على السطح، ويقاوم إجهاد الشد الضار، ويعزز في نفس الوقت قوة الكلال ومقاومة التآكل. يتم استخدامه بشكل شائع للمعالجة المسبقة-قبل مقاومة التآكل-.
3. شيخوخة الاهتزاز: استخدام الرنين لإحداث عيوب مجهرية في انزلاق الأنابيب الفولاذية، وإطلاق الضغط المتبقي، وهو مناسب للأنابيب الفولاذية ذات القطر الكبير-والحجم الكبير-، مع استهلاك منخفض للطاقة ودورة قصيرة، ولكن معدل التخلص من الإجهاد أقل من معدل المعالجة الحرارية.

• الشيخوخة الطبيعية: قم بتخزينه في الهواء الطلق للسماح بالتخلص من التوتر ببطء وبشكل طبيعي، مع دورة طويلة وتأثير محدود، ويستخدم فقط كوسيلة مساعدة.

• تحسين تقنيات المعالجة الحرارية: التحكم في سرعة تسخين قضيب الأنبوب لضمان درجة حرارة موحدة للفرن؛ اعتماد التبريد المتحكم فيه بعد الدرفلة على الساخن لتجنب التبريد السريع والتبريد غير المتساوي، وبالتالي تقليل الضغط الحراري.
• تحسين تقنيات تشوه البلاستيك: تحسين تصميم الثقب، ولف الأنبوب، وتكوينات قالب التخفيض المستمر لضمان تشوه موحد على طول سمك الجدار واتجاه الطول؛ قم بتوزيع مقدار التشوه بشكل معقول في كل تمريرة لتجنب التشوه المفرط في تمريرة واحدة.
• تحسين عملية اللحام (الأنابيب الملحومة): التحكم في مدخلات حرارة اللحام، واعتماد عمليات التسخين المسبق والتسخين اللاحق لتقليل معدل التبريد، وتقليل تدرج درجة الحرارة عند خط اللحام؛ استخدم اللحام المتماثل واللحام المتعدد-لمقاومة بعض التشوه والإجهاد.
• تحسين تقنية المعالجة الباردة: قم بتوزيع كمية التشوه في السحب على البارد / الدرفلة على البارد بشكل معقول، وجدول التلدين المتوسط ​​للتخلص من تصلب العمل والإجهاد أثناء المعالجة، ثم تابع المعالجة الباردة اللاحقة.
• استقامة عملية التحسين: إعطاء الأولوية لاستخدام التمليس الساخن بدلاً من التمليس البارد، وتحسين كمية تقليل التمليس ونمط اللف، وتقليل الضغط الناتج عن التمليس؛ استخدم النشر الدقيق بدلاً من القص لتقليل تركيز الضغط عند أطراف الأنابيب.