كيفية تبريد الأنابيب الفولاذية ذات القطر الكبير بعد عملية التبريد

تُستخدم الأنابيب الفولاذية لنقل السوائل والمساحيق وتبادل الحرارة وصنع الأجزاء الميكانيكية والحاويات، والأكثر من ذلك، أنها نوع من الفولاذ الاقتصادي. يمكن أن يؤدي استخدام الأنابيب الفولاذية لصنع شبكات هياكل المباني والأعمدة والدعامات الميكانيكية إلى تقليل الوزن وتوفير 20-40٪ من المعدن، ويمكن تحقيق بناء يشبه المصنع والميكانيكي. إن استخدام الأنابيب الفولاذية لصنع جسور الطرق السريعة لا يمكن أن يوفر الفولاذ ويبسط البناء فحسب، بل يقلل أيضًا بشكل كبير من المساحة المطلية بطبقات واقية، مما يوفر تكاليف الاستثمار والصيانة. تحتوي الأنابيب الفولاذية ذات القطر الكبير على مقطع مجوف يكون طوله أكبر بكثير من قطر أو محيط الفولاذ. وفقًا للشكل المقطعي، يمكن تقسيمها إلى أنابيب فولاذية دائرية ومربعة ومستطيلة وذات شكل خاص؛ وفقًا للمادة، يمكن تقسيمها إلى أنابيب فولاذية هيكلية كربونية وأنابيب فولاذية هيكلية منخفضة السبائك وأنابيب فولاذية سبيكة وأنابيب فولاذية مركبة؛ أنابيب فولاذية للمعدات الحرارية وصناعة البتروكيماويات وتصنيع الآلات والحفر الجيولوجي ومعدات الضغط العالي وما إلى ذلك؛ وفقًا لعملية الإنتاج، يتم تقسيمها إلى أنابيب فولاذية غير ملحومة وأنابيب فولاذية ملحومة، ومن بينها تنقسم أنابيب الفولاذ غير الملحومة إلى مدرفلة على الساخن ومدرفلة على البارد (مرسومة) نوعان، تنقسم أنابيب الفولاذ الملحومة إلى أنابيب فولاذية ملحومة بالدرز المستقيمة وأنبوب فولاذي ملحوم بالدرز الحلزوني.

1. ما هي عملية المعالجة الحرارية لـأنابيب فولاذية كبيرة القطر?
(1) أثناء عملية المعالجة الحرارية، يُعزى التغير الهندسي للأنابيب الفولاذية كبيرة القطر إلى إجهاد المعالجة الحرارية. يُعد إجهاد المعالجة الحرارية مسألةً معقدةً نسبيًا، فهو لا يُسبب عيوبًا مثل التشوهات والشقوق فحسب، بل يُعد أيضًا وسيلةً مهمةً لتحسين مقاومة التعب وعمر خدمة قطع العمل.
(2) لذلك، من المهم جدًا فهم آلية وقانون تغير إجهاد المعالجة الحرارية، وإتقان طريقة التحكم فيه. يُشير إجهاد المعالجة الحرارية إلى الإجهاد الناتج داخل قطعة العمل نتيجةً لعوامل المعالجة الحرارية (العملية الحرارية وعملية تحويل الأنسجة).
(3) يكون التوازن الذاتي في حجم قطعة العمل كليًا أو جزئيًا، ولذلك يُسمى الإجهاد الداخلي. يُقسّم إجهاد المعالجة الحرارية إلى إجهاد شد وإجهاد ضغط وفقًا لطبيعة تأثيره؛ ويُقسّم إلى إجهاد لحظي وإجهاد متبقٍّ وفقًا لوقت تأثيره؛ ويُقسّم أيضًا إلى إجهاد حراري وإجهاد نسيجي وفقًا لسبب تكوينه.
(4) يتشكل الإجهاد الحراري نتيجةً لعدم تزامن التغيرات في درجات الحرارة في أجزاء مختلفة من قطعة العمل أثناء عملية التسخين أو التبريد. على سبيل المثال، في قطعة العمل الصلبة، يسخن السطح دائمًا أسرع من القلب عند التسخين، بينما يبرد القلب أبطأ من السطح عند التبريد، وذلك لامتصاص الحرارة وتبديدها عبر السطح.
(5) بالنسبة لأنابيب الصلب كبيرة القطر التي لا يتغير تركيبها وحالتها التنظيمية، عند اختلاف درجات الحرارة، طالما أن معامل التمدد الخطي لا يساوي الصفر، سيتغير الحجم النوعي. لذلك، أثناء عملية التسخين أو التبريد، يحدث توتر متبادل وإجهاد داخلي. من الواضح أنه كلما زاد فرق درجة الحرارة المتولد في قطعة العمل، زاد الإجهاد الحراري.

2. كيفية تبريد الأنابيب الفولاذية ذات القطر الكبير بعد عملية التبريد؟
(1) أثناء عملية الإخماد، يجب تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة أعلى وتبريدها بسرعة أكبر. لذلك، أثناء الإخماد، وخاصةً أثناء عمليتي الإخماد والتبريد، سيتولد إجهاد حراري كبير. عند تبريد كرة فولاذية قطرها 26 مم في الماء بعد تسخينها إلى 700 درجة مئوية، تتغير درجة حرارة السطح واللب.
(2) في المرحلة الأولى من التبريد، يكون معدل تبريد السطح أعلى بكثير من معدل تبريد النواة، ويتزايد فرق درجة الحرارة بينهما باستمرار. مع استمرار التبريد، يتباطأ معدل تبريد السطح، بينما يزداد معدل تبريد النواة نسبيًا. عندما يكون معدلا التبريد بين السطح والنواة متساويين تقريبًا، يصل فرق درجة الحرارة بينهما إلى قيمة كبيرة.
(3) بعد ذلك، يكون معدل تبريد النواة أكبر من معدل تبريد السطح، وينخفض ​​الفرق في درجة الحرارة بين السطح والنواة تدريجيًا حتى يبرد النواة تمامًا، ويختفي الفرق في درجة الحرارة أيضًا. عملية توليد الإجهاد الحراري أثناء التبريد السريع.
(4) في المرحلة المبكرة من التبريد، تبرد الطبقة السطحية بسرعة، ويبدأ فرق في درجة الحرارة بينها وبين النواة. ونظرًا للخصائص الفيزيائية للتمدد الحراري والانكماش البارد، يجب أن يكون حجم الطبقة السطحية منقبضًا بشكل موثوق، بينما تكون درجة حرارة النواة مرتفعة وحجمها النوعي كبيرًا، مما يعيق الانكماش الحر للطبقة السطحية نحو الداخل، ويؤدي إلى إجهاد حراري يتمدد فيه السطح وينضغط القلب.
(5) مع استمرار التبريد، يستمر فرق درجة الحرارة المذكور في الزيادة، ويزداد الإجهاد الحراري الناتج تبعًا لذلك. عندما يصل فرق درجة الحرارة إلى قيمة كبيرة، يكون الإجهاد الحراري كبيرًا أيضًا. إذا كان الإجهاد الحراري في هذا الوقت أقل من قوة الخضوع للفولاذ عند درجة الحرارة المقابلة، فلن يتسبب في تشوه بلاستيكي، بل في تشوه مرن طفيف فقط.
(6) مع زيادة التبريد، يتباطأ معدل تبريد السطح، ويزداد معدل تبريد القلب تبعًا لذلك، ويميل فرق درجة الحرارة إلى الانخفاض، وينخفض ​​الضغط الحراري تدريجيًا. مع انخفاض الضغط الحراري، ينخفض ​​أيضًا التشوه المرن المذكور أعلاه.