Methoden voor het elimineren van interne restspanning in naadloze stalen buizen

Tijdens processen zoals walsen, lassen, koud bewerken en warmtebehandeling,naadloze stalen buizenzijn gevoelig voor interne restspanning als gevolg van plaatselijke temperatuurschommelingen, microstructuurtransformaties of ongelijkmatige plastische vervorming. Als restspanningen niet worden geëlimineerd, kan dit leiden tot vervorming en scheuren, waardoor het draagvermogen en de levensduur van de buis worden verminderd. Het volgende introduceert drie kernmethoden voor het elimineren van stress, gebaseerd op veelgebruikte technische technieken, die een balans bieden tussen effectiviteit en bruikbaarheid.

 

 

1. Warmtebehandeling: de meest grondige en reguliere oplossing

Warmtebehandeling, waarbij warmte wordt gebruikt om atomen in de stalen buis te herschikken en spanning te verminderen, is de meest gebruikte en meest effectieve methode in de industrie. Het omvat hoofdzakelijk tempereren bij lage- temperaturen en spanningsvrij gloeien.

Temperen op lage- temperatuur is geschikt voor geharde buizen zoals hoog-koolstofstaal en gelegeerd staal. De stalen buis wordt verwarmd tot 150-250 graden, 1-3 uur op deze temperatuur gehouden en vervolgens langzaam afgekoeld. Tijdens dit proces valt de martensietstructuur gedeeltelijk uiteen, waarbij fijne carbiden neerslaan die de roostervervorming verminderen en 60%-80% van de restspanning kunnen elimineren zonder de hardheid aanzienlijk te verminderen. Na het blussen ondergaat 45# naadloze stalen buis bijvoorbeeld een tempering bij lage temperatuur bij 200 graden, waardoor de restspanning wordt verminderd van 800 MPa tot minder dan 200 MPa, terwijl de hardheid van 25-30 HRC behouden blijft, waardoor deze geschikt is voor gebruik in mechanische onderdelen.

 

Spanningsarm gloeien is geschikt voor stalen buizen met laag-koolstofgehalte, middel-koolstofstaal en gelaste stalen buizen. De buis wordt verwarmd tot 550-650 graden (onder de faseovergangstemperatuur), 2-4 uur vastgehouden en vervolgens langzaam afgekoeld in de oven. Dit proces elimineert interne spanningen veroorzaakt door plastische vervorming door atomaire diffusie, waardoor 70% -90% van de restspanning wordt geëlimineerd met minimale impact op de mechanische eigenschappen. Na het lassen van ASTM A106 Gr.B stalen buizen vermindert spanningsontlasting bij 600 graden bijvoorbeeld de restspanning in het lasgebied van 500 MPa naar 80 MPa, waardoor lasscheuren effectief worden voorkomen en het geschikt wordt gemaakt voor transportpijpleidingen.

 

2. Mechanische spanningsreductie: een flexibele en efficiënte hulpmethode

Mechanische spanningsreductie maakt gebruik van externe krachten om plaatselijke plastische vervorming in stalen buizen teweeg te brengen, waardoor interne restspanningen worden gecompenseerd. Deze methode is geschikt voor grote leidingen waar verwarming lastig is of voor constructie op locatie. Het omvat voornamelijk trillingsveroudering en drukricht.

Bij trillingsveroudering wordt een vibrator aan de stalen buis bevestigd en trillingen op een specifieke frequentie (50-100 Hz) toegepast om de buis te laten resoneren. Tijdens deze resonantie overschrijdt de restspanning de vloeigrens van het materiaal, waardoor microscopisch kleine plastische vervorming wordt veroorzaakt en zo de spanning wordt opgeheven. Deze methode gebruikt weinig energie (slechts 1/10 van de warmtebehandeling) en duurt slechts 1-2 uur. Het kan 30%-50% van de restspanning elimineren zonder het oppervlak te beschadigen. Een naadloze stalen Q345-buis met een grote diameter en een diameter van 1 meter kan bijvoorbeeld de restspanning door trillingsveroudering verminderen van 400 MPa tot ongeveer 200 MPa. Deze methode is geschikt voor het op locatie ontlasten van buizen die worden gebruikt in bruggen en staalconstructies.

 

Bij het drukrichten wordt gebruik gemaakt van een hydraulische pers om druk uit te oefenen op bochten of spanningsconcentraties in de stalen buis, waardoor omgekeerde plastische vervorming wordt veroorzaakt en restspanningen in evenwicht worden gebracht. De druk wordt aangepast volgens de buisspecificaties (doorgaans 50% -70% van de vloeigrens van het materiaal) en gedurende 10-30 minuten gehandhaafd. Deze methode kan plaatselijke spanningen (zoals spanning aan de uiteinden van de buis na koudtrekken) elimineren met een reductiepercentage van 40%-60%. Het wordt vaak gebruikt voor spanningsaanpassing innaadloze stalen buizenvoor precisiemachines, waardoor de nauwkeurigheid van de daaropvolgende verwerking wordt gegarandeerd.

 

3. Natuurlijk ouder worden: een goedkope-oplossing voor de lange-termijn

Natuurlijke veroudering houdt in dat de stalen buis wordt blootgesteld aan een natuurlijke buitenomgeving (temperatuur -20-40 graden, vochtigheid 40%-80%). Door de langdurige temperatuurschommelingen en lichte trillingen op de lange termijn worden interne spanningen geleidelijk opgeheven. Deze methode vereist geen investering in apparatuur en is extreem goedkoop, maar tijdrovend (doorgaans 3-12 maanden) en is alleen geschikt voor koolstofarme stalen buizen met korte verwerkingstijden en lage spanningsniveaus, zoals 20 #naadloze stalen buizenvoor algemeen vloeistoftransport. Natuurlijke veroudering kan 20%-30% van de restspanning elimineren en de effecten van verwarming op het buisoppervlak voorkomen, waardoor het geschikt is voor toepassingen die een hoge esthetiek vereisen.

 

Samenvattend moet de methode bij daadwerkelijke toepassingen worden gekozen op basis van het stalen buismateriaal, de specificatie, het spanningsniveau en de bedrijfsomstandigheden: warmtebehandeling heeft de voorkeur voor hoge spanning en hoge precisie-eisen; mechanische methoden kunnen worden gebruikt voor constructie op locatie- of voor grote pijpleidingen; en natuurlijke veroudering kunnen worden gebruikt voor goedkope- langetermijnprojecten-. Een redelijke combinatie van deze methoden (zoals spanningsarm gloeien gevolgd door trillingsveroudering na het lassen) kan de spanningsverlichting verder verbeteren en de prestaties en veiligheid van naadloze stalen buizen garanderen.