SZYBKA DEFINICJA: RURKA CIĄGNIĘTA NA ZIMNO
Bezszwowe ciągnione na zimno (CDS) to a precyzyjna rura stalowa wytwarzana przez ciągnienie gotowego półfabrykatu przez matrycę (zazwyczaj przez trzpień) w celu zwiększenia granicy plastyczności i wykończenia powierzchni. Regulowany głównie przez ASTM A519 , jest to standard dla cylindrów hydraulicznych i wałów liniowych. Zawodzi w wyniku katastrofalnego wypaczenia („efektu banana”) podczas obróbki asymetrycznej lub rozłupywania wzdłużnego z powodu niezmniejszonych naprężeń szczątkowych obręczy.
CZĘSTE PYTANIA DOTYCZĄCE RUR CIĄGNIĘTYCH NA ZIMNO
Dlaczego rura wygina się natychmiast po wycięciu wpustu?
Jest to uwolnienie asymetrycznego naprężenia szczątkowego. Ciągnienie na zimno tworzy powłokę zewnętrzną o wysokim napięciu i rdzeń ściskający. Wycięcie rowka wpustowego przerywa ograniczenie rozciągania po jednej stronie, umożliwiając ściskającemu rdzeniowi wepchnięcie rury w łuk (wklęsły w kierunku nacięcia).
Dlaczego średnica otworu zmniejszyła się po obróceniu średnicy zewnętrznej?
Zmniejszenie OD usuwa rozciągliwą warstwę „obręczy”, która ściskała rdzeń. Po usunięciu tego zewnętrznego wiązania, wewnętrzne naprężenia ściskające rozluźniają się na zewnątrz, powodując wydłużenie części i lekkie zwężenie otworu.
Jaki jest głośny „trzask” podczas odcinania rurki ciągnionej przez zlew?
Ten dźwięk to słyszalne uwolnienie ekstremalnego naprężenia rozciągającego obręczy. W przeciwieństwie do rur ciągnionych na trzpieniu, rury ciągnione w zlewie (ciągnione powietrzem) charakteryzują się wysokim napięciem na średnicy zewnętrznej. Głębokie rowkowanie osłabia konstrukcję, aż pozostały materiał nie będzie już w stanie wytrzymać naprężeń, powodując jego pękanie lub pękanie wzdłużne.
Ukryty zabójca: naprężenie obręczy i pękanie wzdłużne
Rury bez szwu ciągnione na zimno (CDS) zapewniają doskonałe wykończenie powierzchni i tolerancje wymiarowe w porównaniu z odpowiednikami wykończonymi na gorąco, ale zawierają „ukrytą baterię” zmagazynowanej energii: szczątkowe naprężenia obręczy . W przeciwieństwie do stali walcowanej na gorąco, która jest stosunkowo neutralna pod względem naprężeń, rury ciągnione na zimno są zasadniczo wstępnie naprężonymi sprężynami. Kierunek i intensywność tego naprężenia zależą całkowicie od metody ciągnienia.
„Efekt skóry” (wyciągnięty trzpień)
Większość precyzyjnych CDS jest przeciągana na trzpieniu. Tworzy to profil naprężeń, w którym powierzchnia zewnętrzna jest poddawana dużym naprężeniom rozciągającym (+), a średnica wewnętrzna/rdzeń jest poddawana dużym naprężeniom ściskającym (-). Kiedy zmniejszysz OD („skórowanie cebuli”), usuniesz rozciągliwą warstwę ograniczającą. Rdzeń ściskający, obecnie niezrównoważony, rozszerza się wzdłużnie.
„Bomba zegarowa” (wyciągnięta zlewu)
Rury ciągnione bez trzpienia (tonące) mają niebezpieczny profil: ekstremalne naprężenia ściskające na średnicy wewnętrznej i duże naprężenia rozciągające na średnicy zewnętrznej. ID stale próbuje się rozwijać, powstrzymywany jedynie przez wytrzymałość na rozciąganie OD. W środowiskach zawierających amoniak lub chlorki ta zmagazynowana energia przyspiesza pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC), często powodując rozszczepienie rury, gdy znajduje się ona na półce (pękanie sezonowe).
Czy cynkowanie rur ciągnionych na zimno bez obróbki cieplnej jest bezpieczne?
Nie. Szok termiczny kąpieli cynkowej (ok. 830°F) w połączeniu z istniejącymi wysokimi naprężeniami szczątkowymi może spowodować kruchość ciekłego metalu lub natychmiastowe pękanie naprężeniowe w kąpieli.
Obróbka profili zniekształceń
Zrozumienie konkretnego stanu naprężenia pozwala przewidzieć kierunek odkształcenia. Poniższa tabela przedstawia, w jaki sposób standardowe operacje powodują określone awarie geometryczne.
| Operacja |
Usuwanie naddatku |
Mechanizm naprężenia warstwy |
powodujący zniekształcenie |
| Toczenie OD |
Powłoka zewnętrzna (wytrzymałość na rozciąganie) |
Zwolnienia kompresji rdzenia |
Wzrost długości i zapadnięcie się otworu |
| Identyfikator Nudny |
Wewnętrzna skóra (uciskowa) |
Uwalnia się zewnętrzne napięcie |
Rozszerzanie OD i kurczenie się długości |
| Wpust/gniazdo |
Asymetryczna średnica zewnętrzna |
Niezbalansowane wydanie |
Kokardka „Banan” (wklęsła w kierunku cięcia) |
| Rozstanie |
Cięcie promieniowe |
Zwolnienie naprężenia osiowego |
Zagłębienie twarzy (wklęsłe/wypukłe końce) |
Inżynieria na wynos: jeśli średnica wewnętrzna rury jest mniejsza niż 50% średnicy zewnętrznej, naprężenia szczątkowe są wykładniczo wyższe; obróbka tych grubościennych rur bez uprzedniego odprężenia (SR) jest prawie gwarantowana, że spowoduje ruch.
Jak obrabiać płyty CDS o grubych ściankach bez wypaczeń?
Stosuj protokół „Rough and Rest”. Obrób zgrubnie rurę z dokładnością do 0,040 cala, odblokuj ją i pozostaw do ostygnięcia (lub wykonaj odprężanie w niskiej temperaturze), aby umożliwić wystąpienie pierwotnego ruchu naprężeń przed końcowym cięciem wykończeniowym.
„Pułapka prostości” ASTM A519
Inżynierowie często określają ASTM A519, wierząc, że gwarantuje to prostą rurę. Tak nie jest. Standardowe tolerancje prostoliniowości są duże (zwykle 1/8 cala na 5 stóp), a w przypadku wielu rozmiarów lub „specjalnych” grubości ścian specyfikacja stwierdza, że prostoliniowość jest „wzajemnie uzgadniana między nabywcą a producentem”.
Jeśli w zamówieniu nie zdefiniujesz wyraźnie tolerancji prostoliniowości (np. „0,010 cala na stopę maks. TIR”), huty mogą wysyłać rury, które są wyraźnie wygięte i będą technicznie zgodne z normą.
Czy ASTM A519 gwarantuje koncentryczność?
Nie. Chociaż CDS ma lepszą koncentryczność niż wykończenie na gorąco, ASTM A519 określa tolerancje dla średnicy zewnętrznej i grubości ścianki lub średnicy zewnętrznej i wewnętrznej. Koncentryczność jest wynikiem tych zmiennych, a nie niezależną gwarancją, chyba że zostało to specjalnie wynegocjowane.
Odprężanie (SR) a wyżarzanie: kompromis
Aby zapobiec odkształceniom, materiał należy poddać obróbce termicznej. Jednakże „wyżarzanie” to szerokie pojęcie, które może zrujnować właściwości mechaniczne, za które zapłaciłeś.
1. Ulga w stresie (SR) – najlepszy punkt
Proces: Podgrzać do ~950°F - 1100°F, trzymać i schłodzić powietrzem. Usuwa to ~85-90% naprężeń szczątkowych, zachowując większość granicy plastyczności i twardości uzyskanej w wyniku ciągnienia na zimno. Jest to idealne rozwiązanie do cylindrów hydraulicznych i wałów liniowych.
2. Miękkie wyżarzanie / Martwe miękkie - Strefa niebezpieczeństwa
Proces: Podgrzać powyżej górnej temperatury krytycznej (~1600°F) i schłodzić piec. Usuwa to 100% naprężeń szczątkowych, ale eliminuje hartowanie na zimno. Rura 1018 CDS o granicy plastyczności 70 ksi spadnie do ~ 40 ksi (właściwości walcowane na gorąco).
Czy mogę przywrócić granicę plastyczności po pełnym wyżarzaniu?
Nie poprzez samą obróbkę cieplną. Po całkowitym wyżarzaniu stali ciągnionej na zimno następuje utrata utwardzania przez zgniot. Wytrzymałość można przywrócić jedynie poprzez ponowną obróbkę materiału na zimno lub zastosowanie kosztownych procesów hartowania i odpuszczania (jeśli pozwala na to stop).
Kiedy rura ciągniona na zimno jest złym wyborem
Ciężka obróbka asymetryczna: Jeśli frezowanie > 30% przekroju poprzecznego po jednej stronie (np. długie rowki wpustowe), część ulegnie wypaczeniu. Przed cięciem użyj powłoki bez szwu wykończonej na gorąco (HFS) lub odprężającej.
Praca w wysokiej temperaturze: Jeśli element pracuje w temperaturze powyżej 500°F, rura może ulec samoczynnemu odprężeniu podczas pracy, co prowadzi do nieprzewidywalnych zmian wymiarów.
Środowiska żrące: Bez odprężania, wysokie naprężenia szczątkowe powodują, że CDS jest bardzo podatny na pękanie sezonowe w obecności chlorków lub amoniaku.
Często zadawane pytania dotyczące rozwiązywania problemów: Rury ciągnione na zimno
Jak zapobiec zniekształceniom „cygara” podczas toczenia długich wałów?
Ten kształt (gruby w środku) powstaje w wyniku połączenia nacisku konika z uwolnieniem naprężeń szczątkowych. Aby temu zaradzić, należy zmniejszyć nacisk konika do absolutnego minimum wymaganego do utrzymania części lub przejść na strategię obróbki „Zgrubna i spoczynkowa”, aby umożliwić wyrównanie naprężeń przed końcowym przejściem.
Dlaczego w ekwipunku bez obciążenia pojawia się „Season Cracking”?
Pękanie sezonowe jest formą pękania korozyjnego naprężeniowego (SCC), wywołanego wewnętrznym naprężeniem resztkowym obręczy powstającym w procesie ciągnienia na zimno. Jeśli środowisko przechowywania zawiera śladowe ilości amoniaku lub chlorków, atak chemiczny uderza w granice ziaren pod naprężeniem rozciągającym, powodując samoistne pęknięcie rury.
Porównanie: Kiedy technologia Hot Finished Seamless (HFS) jest bezpieczniejsza niż CDS?
HFS jest bezpieczniejszym wyborem, gdy znaczna część materiału musi zostać usunięta asymetrycznie (np. podczas frezowania głębokich kieszeni) lub gdy część nie wymaga magazynowania energii wewnętrznej. Chociaż HFS ma luźniejsze tolerancje wymiarowe, jest neutralny pod względem naprężeń i nie wygina się ani nie wypacza podczas ciężkiej obróbki.
W jaki sposób odprężanie (SR) wpływa na zgodność z granicą plastyczności ASTM A519?
Właściwe odprężenie (950°F-1100°F) zazwyczaj obniża granicę plastyczności o 10-15%, ale zwykle utrzymuje materiał w zakresie minimalnych wymagań normy ASTM A519 dla rur obrabianych na zimno. Jednakże pełne wyżarzanie obniży wytrzymałość poniżej minimalnych standardów „po narysowaniu”.
Czy określenie „ASTM A519” automatycznie zapobiega wyginaniu się rur?
Nie. Domyślna tolerancja prostoliniowości w normie ASTM A519 jest bardzo luźna (często 1/8 cala na 5 stóp) i często przyjmuje wartość domyślną „wspólnie uzgodnioną”. Aby mieć pewność, że zapasy będą gotowe do użycia maszynowego, należy wyraźnie określić wymagania dotyczące prostoliniowości (np. 0,010”/ft).
