Ръководство за предотвратяване на пукнатини по време на разширяване на тръби от супер дюплексна стомана

Ръководство за предотвратяване на пукнатини по време на разширяване на тръби от супер дюплексна стомана

Овладяване на изкуството на разширяване на тръби, без да се компрометира цялостта на материала

Разширяването на тръби е критичен процес при производството на топлообменници и кондензатори, при който тръбите се разширяват механически, за да се осигури плътно уплътнение с тръбните листове. Когато се работи със супер дуплексни неръждаеми стомани — известни с изключителната си якост и устойчивост на корозия — този процес става особено предизвикателен. Точно свойствата, които правят тези материали ценни, ги правят склонни към пукнатини по време на операциите по разширяване.

Като специалист по процесите на метална обработка, съм виждал как неправилните методи за разширяване на тръби могат да доведат до скъпоструващи повреди в критично оборудване. В това ръководство ще разгледаме практически стратегии за предотвратяване на пукнатини по време на разширяване на тръби от супер дуплексна стомана, осигуряващи надеждна работа в изискващи приложения.

Разбиране на характеристиките на супер дуплексната стомана

Супер дуплексните неръждаеми стомани (като UNS S32750 и S32760) съдържат приблизително 25% хром, 7% никел и 4% мolibден, с балансирана микроструктура от аустенитни и феритни фази. Този състав осигурява:

• Висока прочност (приблизително два пъти повече в сравнение с обикновените аустенитни неръждаеми стомани)

• Отлична устойчивост на корозия , особено към напрежението от корозия от хлориди

• Добра устойчивост на ерозия и абразия

Въпреки това, тези предимства идват с определени предизвикателства по време на разширяване на тръби:

1. По-висока граница на остатъчна деформация изисква по-големи сили за разширяване

2. По-ниска дуктилност в сравнение с аустенитните класове намалява формируемостта

3. Склонност към упрочняване при обработка ускорява се по време на деформация

4. Чувствителност на фазов баланс може да бъде засегнато от студена обработка

Чести причини за пукване по време на разширяване на тръби

Твърде високо налягане на валците

Механизъм на проблема:
Прилагането на твърде голямо налягане по време на разширяване чрез валцизация води до излишни напрежения в напречна посока, които могат да надвишат якостта на материала при опън. Това е особено проблемно при свръхдуплексните стомани поради тяхната висока якост и ограничена дуктилност.

Идентификация:
Пукнатините обикновено се появяват като напречни раздели в стената на тръбата, често започвайки от вътрешната повърхност, където напреженията се концентрират по време на разширяване.

Недостатъчен контрол на процеса

Механизъм на проблема:
Непостоянни скорости на разширяване, неправилно смазване или неправилно подравняване на валците предизвикват неравномерно разпределение на напреженията. Характеристиките на свръхдуплексните стомани да се утвърдяват при обработка означават, че веднъж започнала деформация, материала става все по-труден за разширяване.

Идентификация:
Случайни модели на пукане, локално изтъняване или микропукања, видими под увеличение.

Проблеми със състоянието на материала

Механизъм на проблема:
Супер дуплексните стомани изискват прецизна термична обработка, за да се запази оптималният баланс между аустенит и ферит. Неправилно отпускане или замърсяване по време на предишна обработка могат да направят материала склонен към пукане по време на разширяване.

Идентификация:
Пукане, което възниква при по-ниски от очакваните скорости на разширение или показва междугрануларни характеристики.

Практически решения за разширяване на тръби без пукане

1. Оптимизирани параметри за разширяване

Контролирано отношение на разширяване:
Ключът към успешно разширяване на тръби е контролът върху степента на разширение. При супер дуплексни стомани ограничете намаляването на стената до 5-8%максимум. Изчислете това с формулата:

Намаляване на стената (%) = [(Начална дебелина на стената - Крайна дебелина на стената) / Начална дебелина на стената] × 100 

Управление на скоростта на валците:
Поддържайте постоянна, умерена скорост на валците — обикновено 150-300 RPM — за да се осигури контролиран поток на материала. По-високите скорости генерират излишно топлина и бързо накъдряне, докато по-ниските могат да причинят деформации от тип „пусни-спри“.

Техника за постепенно разширяване:
При по-големи изисквания за разширяване използвайте няколко минавания с постепенно увеличение вместо едно агресивно минаване. Този подход позволява преразпределение на напреженията между минаванията и намалява ефектите от накъдрянето.

2. Избор на напреднала инструментална оснастка

Съображения при проектирането на валци:

• Употреба конични валци с оптимизирани профили, специално проектирани за високоякостни материали

• Изберете ролкери с твърдосплавни върхове за подобрена устойчивост на износване и последователна производителност

• Осигурете правилно подравняване на ролката към мандрела за предотвратяване на асиметрично натоварване

Съвместимост с материал на инструмента:
Инструментите за разширяване трябва да издържат на високите сили, необходими за свръхдуплексните стомани, без да се огъват или износват преждевременно. Закалени инструментални стомани с повърхностни обработки (като например покритие с TiN) осигуряват необходимата издръжливост.

3. Подготовка преди разширяване

Проверка на материала:

• Потвърдете, че сертифицирането на материала отговаря на спецификациите

• Проверете състоянието на термичната обработка (обикновено разтворно отпускане при 1020-1100°C, последвано от бързо гасене)

• Проверете твърдостта (обикновено 28-32 HRC за супер дюплекс)

Инспекция на тръби и тръбни плочи:

• Измерете вътрешния диаметър на тръбите и размерите на отворите в тръбната плоча, за да се осигури правилният люфт

• Потвърдете, че твърдостта на тръбната плоча е съвместима с материала на тръбата

• Почистете всички повърхности, за да премахнете замърсители, които биха могли да причинят залепване

Стратегия за смазване:
Използвайте смазки с високи експлоатационни характеристики, специално формулирани за неръждаеми стомани. Смазката трябва:

• Да издържа на екстремно налягане, без да се разгражда

• Да предотвратява метал към метал контакт и залепване

• Да е съвместим с последващите процеси за почистване

• Да не оставя остатъци, които биха могли да предизвикат корозия

4. Методи за наблюдение на процеса

Наблюдение на въртящия момент:
Наблюдавайте въртящия момент на разширителния двигател по време на процеса. Рязко увеличение на въртящия момент често показва прекомерно накърняване или предстоящо пукане. Определете базови стойности на въртящия момент за допустими разширения и задайте аларми при отклонения.

Измерване на дебелината на тръбната стена:
Използвайте ултразвуково измерване на дебелина, за да се уверите, че омалкавяването на стената остава в допустимите граници в няколко точки по обиколката.

Контрол на дължината на разширяване:
Осигурете разширената дължина да отговаря на проектните изисквания, без прекомерно разширяване в неподдържани области. Използвайте инструменти с положителни ограничители, за да се предотврати прекомерно проникване.

Специални условия за супер дюплекс стомани

Управление на затвърдяването при пластична деформация

Супер дуплексните стомани бързо затвърдяват при деформация. За да се противодейства на това:

1. Минимизирайте времето на престой в разширеното положение

2. Избягвайте многократни цикли на разширяване-свиване на едно и също място

3. Използвайте непрекъснато, гладко движение без колебание по време на прибиране на ролката

Температурни ефекти

Въпреки че повечето разширявания на тръби се извършват при околна температура, имайте предвид следните фактори:

• Генериране на топлина по време на разширяване може да се повиши локалната температура — следете за прекомерно нагряване

• За приложения, изискващи разширени връзки при повишени температури, консултирайте се със специалисти по материали за параметри, специфични за температурата

• Никога не прилагайте външно топлинно въздействие за подпомагане на разширяването, освен ако то не е специално одобрено от инженерите по материали

Осигуряване на качеството и методи за инспекция

Недеструктивни изследвания (NDT)

Визуална проверка:
Проверете разширените краища на тръбите за признаци на пукнатини, скъсвания или повърхностни дефекти, като при необходимост използвате увеличение.

Цветен проникващ контрол (ЦПК):
Приложете проникващ течен инспекционен метод за откриване на микропукнатини, невидими с просто око. Това е особено важно за критични приложения.

Изследване чрез вихрови токове:
Използвайте методи с вихрови токове за откриване на подповърхностни дефекти и проверка на равномерността на разширяването.

Дименсионална верификация

Удържливо натоварване на тръбата:
Извършете разрушителни изпитвания върху пробни връзки, за да се провери дали якостта на връзката отговаря на проектните изисквания.

Деформация на тръбната плоча:
Наблюдавайте деформацията на листа за тръби по време на разширяване, тъй като прекомерната деформация може да повлияе на съседните тръби и общата структурна цялост.

Отстраняване на чести проблеми

Проблем: Постоянно пукане при определени проценти на разширяване

Решение:

• Намалете целевия процент на разширяване с 1-2%

• Проверете сертифицирането на материала и термичната обработка

• Проверете за замърсяване на материала или неправилно съхранение

Проблем: Залепване или откъсване на материал върху валците

Решение:

• Подобрете нанасянето на смазката

• Намалете скоростта на разширяване

• Проверете материала и състоянието на повърхността на валците

• Проверете съвместимостта на твърдостта между тръбата и листа за тръби

Проблем: Неравномерни модели на разширяване

Решение:

• Проверете подравняването и износването на валците

• Потвърдете концентричността на тръбата преди разширяване

• Проверете за отклонения в размерите на отворите в тръбната решетка

• Осигурете постоянна скорост на подаване на валците

Напреднали техники за критични приложения

Хидраулическо разширяване

За най-тежките приложения, разгледайте хидравлични методи за разширяване, които осигуряват:

• По-равномерно разпределение на напрежението по цялата обиколка

• По-добър контрол на процеса на разширяване

• Намалени ефекти от усилване при работа

• Възможност за разширяване на тръби с по-дебели стени

Хибридни методи за разширяване

Комбиниране на ролково и хидравлично разширяване, когато:

• Първоначалното ролково разширяване осигурява правилното позициониране

• Последващото хидравлично разширяване завършва уплътнението с минимална студена обработка

Заключение

Успешното разширяване на тръби от супер дюплексна стомана без пукнатини изисква разбиране на уникалните характеристики на материала и прилагане на прецизен контрол на процеса. Основните елементи включват:

1. Спазване на ограниченията на материала по отношение на ковкостта и усилването при работа

2. Прилагане на контролирани параметри за разширяване с подходящи граници на безопасност

3. Чрез използване на подходящ инструмент и смазване специално подходящ за високопрочни материали

4. Поддържане на строг контрол на качеството през целия процес

Помнете, че превенцията винаги е по-икономична от ремонта при работа със супер дюплекс стомани. Времето, инвеститрано в правилна настройка, разработване на параметри и обучение на персонала, ще доведе до значителни ползи чрез намаляване на процентите на отхвърляне, подобряване на надеждността на оборудването и повишена безопасност.

За нови приложения или при непрекъснати проблеми не се колебайте да консултирате доставчиците на материали или производителите на инструменти за разширяване, които имат специализиран опит със супер дюплекс материали. Тяхното специализирано знание може да помогне за отстраняване на проблеми, които стандартните подходи не могат да решат.