Các phương pháp loại bỏ ứng suất dư bên trong ống thép liền mạch

Trong các quá trình như cán, hàn, gia công nguội và xử lý nhiệt,ống thép liền mạchdễ bị ứng suất dư bên trong do dao động nhiệt độ cục bộ, biến đổi cấu trúc vi mô hoặc biến dạng dẻo không đồng đều. Nếu không được loại bỏ, ứng suất dư có thể dẫn đến biến dạng và nứt, làm giảm khả năng chịu tải và tuổi thọ sử dụng của đường ống. Phần sau đây giới thiệu ba phương pháp loại bỏ căng thẳng cốt lõi, dựa trên các kỹ thuật kỹ thuật thường được sử dụng, cân bằng giữa hiệu quả và tính thực tế.

 

 

1. Xử lý nhiệt: Giải pháp triệt để và chủ đạo nhất

Xử lý nhiệt, sử dụng nhiệt để sắp xếp lại các nguyên tử trong ống thép và giảm bớt ứng suất, là phương pháp được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất trong công nghiệp. Nó chủ yếu bao gồm quá trình ủ-ở nhiệt độ thấp và ủ giảm căng thẳng.

Ủ nhiệt độ-thấp thích hợp cho các ống đã được tôi nguội chẳng hạn như thép cacbon-cao và thép hợp kim. Ống thép được làm nóng đến 150{10}}250 độ, giữ ở nhiệt độ này trong 1-3 giờ rồi làm nguội từ từ. Trong quá trình này, cấu trúc martensite phân hủy một phần, kết tủa các cacbua mịn làm giảm biến dạng mạng và có thể loại bỏ 60%-80% ứng suất dư mà không làm giảm đáng kể độ cứng. Ví dụ, sau khi tôi, ống thép liền mạch 45# trải qua quá trình ủ ở nhiệt độ thấp ở 200 độ, giảm ứng suất dư từ 800 MPa xuống dưới 200 MPa trong khi vẫn duy trì độ cứng 25-30 HRC, phù hợp để sử dụng trong các bộ phận cơ khí.

 

Ủ giảm ứng suất phù hợp với ống thép-cacbon thấp, thép-cacbon trung bình và ống thép hàn. Ống được làm nóng đến 550-650 độ (dưới nhiệt độ chuyển pha), giữ trong 2-4 giờ, sau đó làm nguội từ từ trong lò. Quá trình này giúp loại bỏ ứng suất bên trong do biến dạng dẻo thông qua khuếch tán nguyên tử, loại bỏ 70%-90% ứng suất dư với tác động tối thiểu đến tính chất cơ học. Ví dụ, sau khi hàn ống thép ASTM A106 Gr.B, ủ giảm ứng suất ở 600 độ giúp giảm ứng suất dư trong khu vực mối hàn từ 500 MPa xuống 80 MPa, ngăn chặn hiệu quả các vết nứt mối hàn và phù hợp với đường ống vận chuyển.

 

2. Giảm ứng suất cơ học: Phương pháp phụ trợ linh hoạt và hiệu quả

Giảm ứng suất cơ học sử dụng ngoại lực để tạo ra biến dạng dẻo cục bộ trong ống thép, bù đắp ứng suất dư bên trong. Phương pháp này phù hợp với các đường ống lớn, nơi việc sưởi ấm không thuận tiện hoặc để-xây dựng tại chỗ. Nó chủ yếu bao gồm lão hóa rung động và làm thẳng áp lực.

Quá trình lão hóa do rung bao gồm việc gắn một bộ rung vào ống thép và tạo ra các rung động ở tần số cụ thể (50{10}}100 Hz) để làm cho đường ống cộng hưởng. Trong quá trình cộng hưởng này, ứng suất dư vượt quá điểm chảy dẻo của vật liệu, gây ra biến dạng dẻo vi mô và do đó giải phóng ứng suất. Phương pháp này sử dụng ít năng lượng (chỉ bằng 1/10 quá trình xử lý nhiệt) và chỉ mất 1{16}}2 giờ. Nó có thể loại bỏ 30% -50% ứng suất dư mà không làm hỏng bề mặt. Ví dụ, ống thép liền mạch Q345 có đường kính lớn với đường kính 1 mét có thể giảm ứng suất dư từ 400 MPa xuống khoảng 200 MPa thông qua quá trình lão hóa rung động. Phương pháp này phù hợp để giảm ứng suất tại chỗ cho các đường ống dùng trong cầu và kết cấu thép.

 

Làm thẳng áp lực sử dụng máy ép thủy lực để tạo áp lực lên các điểm uốn hoặc tập trung ứng suất trong ống thép, tạo ra biến dạng dẻo ngược và cân bằng ứng suất dư. Áp suất được điều chỉnh theo thông số kỹ thuật của đường ống (thường là 50% -70% cường độ chảy của vật liệu) và duy trì trong 10-30 phút. Phương pháp này có thể loại bỏ ứng suất cục bộ (chẳng hạn như ứng suất ở hai đầu ống sau khi kéo nguội) với tỷ lệ giảm từ 40%-60%. Nó thường được sử dụng để điều chỉnh ứng suất trongống thép liền mạchcho máy móc chính xác, đảm bảo độ chính xác xử lý tiếp theo.

 

3. Lão hóa tự nhiên: Giải pháp-chi phí thấp, lâu dài-

Quá trình lão hóa tự nhiên liên quan đến việc để ống thép ra môi trường tự nhiên ngoài trời (nhiệt độ -20-40 độ , độ ẩm 40%-80%). Sự dao động nhiệt độ-trong thời gian dài và độ rung nhẹ dần dần giải phóng ứng suất bên trong. Phương pháp này không cần đầu tư thiết bị và chi phí cực thấp nhưng tốn thời gian (thường là 3-12 tháng) và chỉ phù hợp với ống thép cacbon thấp có thời gian xử lý ngắn và mức độ ứng suất thấp, chẳng hạn như 20#ống thép liền mạchđể vận chuyển chất lỏng nói chung. Lão hóa tự nhiên có thể loại bỏ 20%-30% ứng suất dư và ngăn ngừa tác động của nhiệt lên bề mặt ống, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao.

 

Tóm lại, trong các ứng dụng thực tế, phương pháp này nên được lựa chọn dựa trên vật liệu ống thép, thông số kỹ thuật, mức độ ứng suất và điều kiện vận hành: xử lý nhiệt được ưu tiên cho các yêu cầu về ứng suất cao và độ chính xác cao; các phương pháp cơ học có thể được sử dụng để-xây dựng tại chỗ hoặc các đường ống lớn; và lão hóa tự nhiên có thể được sử dụng cho các dự án dài hạn,-chi phí thấp-. Sự kết hợp hợp lý của các phương pháp này (như ủ giảm ứng suất, sau đó là lão hóa rung sau khi hàn) có thể tăng cường hơn nữa khả năng giảm ứng suất và đảm bảo hiệu suất và độ an toàn của ống thép liền mạch.