מתח שיורי של צינורות פלדה

במהלך הייצור והעיבוד של צינורות פלדה, עקב העיוות הלא אחיד ושינויי הטמפרטורה בפנים, נוצר בתוכם סוג של לחץ שיכול להתאזן-בעצמו גם ללא כוח חיצוני. זהו מתח שיורי.

🔍 מתח שיורי בצינורות פלדה: סיבות, השפעות ואסטרטגיות חיסול

מתח שיורי מתייחס למתח שנשאר בתוך מתכת ונמצא בשיווי משקל עצמי- לאחר ביטול הכוח החיצוני. הופעתו נובעת בעיקר מאי-הומוגניות של תופעות פיזיקליות שונות במהלך תהליך הייצור.

• קירור לא אחיד:

במהלך תהליך הגלגול החם, כאשר צינור הפלדה מתקרר ממצב-טמפרטורות גבוהות, אם קצבי הקירור של חלקים שונים של החתך- אינם עקביים, זה יוביל להתכווצות אסינכרונית, ובכך ליצור מתח שיורי -איזון עצמי בפנים. בדרך כלל, ככל שגודל החתך -של פלדת החתך גדול יותר, כך המתח השיורי גדול יותר.

• דפורמציה פלסטית לא אחידה:

במהלך תהליכי עבודה קרים כגון גלגול קר וציור קר, חומרים מתכתיים עוברים שחול על ידי הגלילים ועיוות פלסטי. אם דרגות העיוות של השכבות הפנימיות והחיצוניות של צינור הפלדה אינן עקביות, זה יוביל לפיזור מתח לא- אחיד.

• תהליך ריתוך:

בייצור של צינורות מרותכים בתפר ישר או צינורות מרותכים בספירלה, המתכת באזור הריתוך עוברת חימום וקירור מקומי אינטנסיבי. במהלך תהליך זה, המתח המקומי הנגרם כתוצאה מהתכווצות תפר הריתוך הוא לרוב פי כמה מזה של המתח של נקודת הניבול, ובכך יוצר מתח שיורי ריתוך עצום.

קיומו של לחץ שיורי הוא כמו זריעת "זרעים של סכנות נסתרות" בתוך צינור הפלדה, המהווה איומים מרובים על ביצועיו וחיי השירות שלו.

1. גורם לעיוות ולאי יציבות מימדית:

לחץ שיורי יכול לשבש את האיזון המכני בתוך צינור הפלדה, ולהוביל לעיוות כגון כיפוף או פיתול במהלך עיבוד, אחסון או שימוש לאחר מכן. כאשר המתח השיורי עולה על 15% מחוזק התפוקה של החומר, שגיאת הישר של צינור הפלדה המוגמר עשויה לעלות בחדות ביותר מ-30%, ולהשפיע באופן רציני על דיוק הממדים של המוצר.

2. הפחת את חיי העייפות ויכולת נשיאת עומס-:

מתח שיורי, במיוחד מתח מתיחה, יכול להפחית באופן משמעותי את עמידות העייפות של צינורות פלדה. תחת עומס מחזורי, אזורים עם מתח מתיחה שיורי נוטים יותר ליזום סדקי עייפות ולהאיץ את התפשטותם, ובכך להוביל לכשל מוקדם של רכיבים ולקיצור חיי השירות שלהם.

3. סיכון מוגבר לסדקים:

עבור צינורות פלדה מרותכים, המתח השיורי הקיים באזור תפר הריתוך מציג לעתים קרובות מצב מתח תלת-כיווני, מה שמגביר מאוד את הסיכון לסדקים. אם לפלדה עצמה יש דלמינציה (התכלילים נלחצים ליריעות דקות), מתח שיורי עלול לגרום גם לקריעה בין השכבות כאשר תפר הריתוך מתכווץ.

4. העצמת קורוזיה בין-גרגירית:

לחץ שיורי יכול לשפר את התגובתיות הכימית של מתכות. תחת פעולת מתח מתיחה שיורי, צינורות פלדה (במיוחד צינורות נירוסטה) מועדים במיוחד לסדיקת קורוזיה בין-גרגירית, כלומר, הם נשחקים בגבולות הגביש, ובכך משפיעים ברצינות על עמידותם בפני קורוזיה.

5. השפעה על תכונות מכניות ובטיחות בנייה:

אם לוקחים צינורות מרותכים ספירלית כדוגמה, הזווית בין כיוון הסדק של התפלגות קו הספירלה וציר הצינור (בדרך כלל 30-70 מעלות) וזווית כשל הגזירה דומה, מה שאומר שביצועי הכיפוף, המתיחה, הדחיסה והפיתול שלה עשויים להיות נחותים מזו של צינור מרותך בתפר ישר c. בנוסף, במהלך תהליך הבנייה, ריתוך קו ההצטלבות בצמתים עלול לחתוך את התפרים הספירליים, ליצור מתח ריתוך משמעותי ולהחליש את ביצועי הבטיחות של הרכיבים.

הרעיון המרכזי להתגבר על מתח שיורי הוא לספק לו "מוצא לשחרור", בדרך כלל באמצעות שיטות פיזיות או תרמודינמיות. הטבלה הבאה משווה שלוש שיטות חיסול מיינסטרים:

🔍 יישומים ספציפיים של שיטות מכניות:

• נקודות מפתח בתהליך הטיפול בחום:

חישול נפוץ של שחרור מתח כרוך בחימום צינור הפלדה לטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל מתחת לטמפרטורת טרנספורמציה של הפאזות או לטמפרטורת התגבשות מחדש, כגון 500-650 מעלות), החזקתו למשך פרק זמן ואז קירורו באיטיות. עבור פלדת פחמן גבוהה- או פלדת סגסוגת, ניתן לאמץ טמפרטורת טמפרטורות נמוכות (150-250 מעלות ) גם כדי למנוע מתח מסוים מבלי להפחית משמעותית את הקשיות.

• יישומים ספציפיים של שיטות מכניות:

הפגת מתח רטט: תקן את המעורר על צינור הפלדה והפעל רטט בתדר מסוים כדי לגרום לו להדהד, ובכך להומוג את הלחץ או להעלים אותו. לשיטה זו צריכת אנרגיה נמוכה וצריכת זמן קצרה, אך השפעת הביטול שלה אינה טובה כמו זו של טיפול בחום.

יישור לחץ: על ידי הפעלת לחץ על החלקים הכפופים או המתח-המרוכזים של צינור הפלדה באמצעות מכבש הידראולי, נוצר עיוות פלסטי הפוך כדי לאזן את הלחץ.

• יישום שילוב תהליכים:

בייצור תעשייתי בפועל, שיטות אלו משולבות לעיתים קרובות ומשמשות בהתאם לנסיבות ספציפיות. לדוגמא, עבור צינורות פלדה עם דרישות גבוהות במיוחד, לאחר טיפול בחום והפגת מתחים, ניתן להשלים טיפול יישון ברטט כדי לייצב עוד יותר את הממדים ומצב המתח. על ידי אופטימיזציה של פרמטרי תהליך הגלגול, שיפור עיצוב התבנית והכנסת טכנולוגיית בקרה חכמה, ניתן להפחית את יצירת הלחץ השיורי מהמקור.