Wat is hete geëxpandeerde stalen buis?
Hete geëxpandeerde stalen buizen worden geproduceerd door een moederbuis in zijn hete-werkbereik te verwarmen en deze vervolgens over een conische doorn te duwen, zodat de diameter toeneemt tot de uiteindelijke maat. Het proces wordt gebruikt om pijpen met een grote-diameter te verkrijgen uit een kleinere, gemakkelijker verkrijgbare moederpijp, en het is ook een manier om de mechanische eigenschappen van de pijp te verbeteren. Thermische uitzetting is niet simpelweg een dimensioneringsoperatie: de combinatie van gecontroleerde temperatuur en gecontroleerde vervorming verfijnt de korrelstructuur, sluit bepaalde interne defecten en herverdeelt de restspanning. Daarom wordt het proces vaak gespecificeerd voor lijn- en drukleidingen in veeleisende toepassingen.
Reststress en waarom het ertoe doet
Restspanning, ook wel interne spanning genoemd, is de spanning die in metaal opgesloten blijft nadat de externe krachten zijn verwijderd. Het wordt veroorzaakt door ongelijkmatige vervorming en ongelijkmatige volumeverandering tijdens gieten, vormen, lassen of afkoelen. Het effect op een voltooide buis is aanzienlijk: wanneer de plaatselijke spanning de vloeigrens van het materiaal overschrijdt, vervormt de buis, en wanneer deze de treksterkte overschrijdt, kan de buis barsten, waardoor de afmetingen veranderen en de levensduur ervan aanzienlijk wordt verkort. Restspanningen dragen ook bij aan de spanningen die tijdens het gebruik worden opgelegd, en dragen vaak bij aan voortijdig falen bij lasverbindingen en koud-vervormde gebieden. Het terugdringen ervan is daarom een hoofddoelstelling van het expansieproces.
Het hete expansieproces
In een typische lijn wordt de moederpijp gelijkmatig verwarmd in een gecontroleerde oven tot in het hete -werkbereik voor de kwaliteit, en vervolgens over een conische binnendoorn voortbewogen door een duw- of trekkracht, terwijl de buitendiameter wordt ondersteund en gemeten. Verwarming wordt alleen toegepast op het gedeelte dat wordt vervormd, waardoor het energieverbruik laag blijft en de temperatuur uniform en beheersbaar blijft. De conische doorn kan snel worden gewisseld, zodat dezelfde lijn een scala aan afgewerkte diameters en wanddiktes kan produceren. Na expansie wordt de buis onder gecontroleerde omstandigheden gekoeld om een harde of gescheurde microstructuur te voorkomen. Twee procesvariabelen bepalen de uiteindelijke kwaliteit: de temperatuur waarbij de vervorming wordt uitgevoerd, en de uitzettingsverhouding, die beperkt is zodat het dunner worden van de buis de buis niet onder de minimale wand brengt die vereist is door de productspecificatie.
Effect op microstructuur en eigenschappen
Hete expansie breekt de -gegoten of-gewalste structuur van de moederpijp af en bevordert vervorming met een gecontroleerde snelheid en temperatuur. De korrels herkristalliseren en verfijnen, waardoor de afgewerkte buis een dichtere structuur en betere mechanische eigenschappen heeft; porositeit, scheuren en krimplosheid die achterblijven bij het gieten, kunnen worden gesloten door de combinatie van hoge temperatuur en drukspanning. De sterkte en ductiliteit verbeteren in de richting van de uitzetting, wat betekent dat de buis niet langer volledig isotroop is. Met dit directionele effect moet rekening worden gehouden wanneer de buis wordt gebruikt in een druk- of buigtoepassing. De thermische cyclus vermindert ook de hardheid en verhoogt de plasticiteit, wat het daaropvolgende snijden, afschuinen en koudvormen gemakkelijker maakt, en het verlicht aanzienlijk de interne spanning die anders vervorming of scheuren tijdens de fabricage zou bevorderen.
Specificaties, toepassingen en inspectie
Heet geëxpandeerde buizen worden normaal gesproken geleverd volgens dezelfde productspecificaties als de moederpijp, inclusief ASTM A106, ASTM A53 en ASTM A333 voor koolstof- en lage- temperatuurtoepassingen, ASTM A335 voor chroom-molybdeentoepassingen en API 5L PSL1 of PSL2 voor lijnleidingen, waarbij EN 10216 en EN 10217 en GB/T 9711 worden gebruikt voor Europese en Chinese projecten. Typische toepassingen zijn olie- en gastransportleidingen over lange-afstanden, watertransportleidingen, heipalen en structurele buizen, en stoom- of procesleidingen waar grote diameters vereist zijn. Omdat het proces de diameter en wanddikte permanent verandert, moet de koper de uiteindelijke afmetingen en de minimale wand opgeven, niet de moederbuismaat. Inspectie van warm geëxpandeerde buizen omvat normaal gesproken controles van afmetingen en ovaliteit, ultrasone wandinspectie volgens ASTM E213, een hydrostatische test volgens de productspecificatie, en trek-, afvlakkings- of buigtests op de voltooide buis. Wanneer de buis in het veld moet worden gelast, wordt er veel aandacht besteed aan de maattolerantie van de uiteinden, omdat de uitlijning en pasvorm van een grote geëxpandeerde buis de kwaliteit van de omtreklas bepaalt.
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is het verschil tussen hete geëxpandeerde buizen en naadloze buizen?
Heet geëxpandeerde buis is gemaakt van een kleinere naadloze moederbuis waarvan de diameter wordt vergroot door hete vervorming. Het eindproduct heeft nog steeds geen longitudinale las, maar de afmetingen en eigenschappen worden bereikt door de expansiestap.
Vraag: Vermindert hete uitzetting de wanddikte?
Ja. Door de diameter te vergroten met een vaste hoeveelheid metaal wordt de wand dunner, zodat de uitzettingsverhouding wordt gecontroleerd om de afgewerkte wand boven het minimum te houden dat vereist is door de specificatie.
Vraag: Waarom is restspanning een probleem in buizen?
Restspanning draagt bij aan de spanningen die tijdens het gebruik worden uitgeoefend en kan vervorming of scheuren veroorzaken wanneer deze de vloei- of treksterkte van het materiaal overschrijdt. Het verlichten van die spanning is een van de belangrijkste voordelen die worden geclaimd voor het thermische uitzettingsproces.
Vraag: Kunnen de eigenschappen na uitbreiding directioneel worden?
Ja. Omdat de vervorming voornamelijk langs de as van de buis loopt, is de verbetering van de mechanische eigenschappen in de walsrichting het grootst en wordt het materiaal enigszins anisotroop. Ontwerp en testen moeten hiermee rekening houden.
Vraag: Hoe wordt hete geëxpandeerde buis geïnspecteerd?
Dimensionale en ovaliteitscontroles, ultrasone wandtesten volgens ASTM E213, een hydrostatische test volgens de productspecificatie en mechanische tests op de afgewerkte buis. Bestel de buis op afgewerkte maat en minimale wanddikte.
