Análise de processos de conformação e desempenho mecânico de cotovelos de liga de titânio

Liga de titânioA qualidade da formação do cotovelo é crítica para a segurança, confiabilidade e vida útil do sistema de tubulação. Seu alto limite de escoamento, grande taxa de escoamento, estreita faixa de deformação plástica e alta-sensibilidade à temperatura à contaminação por O, N, H limitam os processos de conformação tradicionais.

 

 

 

Os tubos de titânio e titânio em estoque

 

(I) Processo de formação de soldagem

• Soldagem Segmentada (Cintura de Camarão): inclui soldagem de-seções múltiplas, com baixos requisitos de equipamento e capacidade para cotovelos de-diâmetro grande. No entanto, possui numerosas costuras de solda, é fácil de concentrar tensões, apresenta baixa resistência à corrosão, é sujeito a vazamentos e tem uma vida útil curta.

 

• Soldagem de placa de prensa: Reduz o número de cordões de solda e melhora ligeiramente a resistência à corrosão, mas ainda apresenta riscos de soldagem. Ele é usado apenas em pequenas quantidades para pipelines emergenciais ou-não críticos.

 

(II) Processo de formação de estampagem

• Estampagem a frio: adequado para produção de pequenos-diâmetros, paredes-finas e pequenos-lotes, oferecendo baixo custo e processos simples. Seus defeitos incluem grande retorno elástico, redução da espessura da parede e enrugamento da superfície.

 

• Estampagem a Quente: Adaptável para cotovelos de paredes-espesas e de diâmetro-médio, garantindo boa qualidade de conformação. O risco reside na fácil oxidação devido à proteção inadequada contra aquecimento, o que afeta o desempenho.

 

(III) Processo de formação por extrusão a quente

• Núcleo do Processo: Com base no princípio do volume constante durante a deformação plástica do metal, o mandril controla a deformação e o metal comprimido no arco interno flui para a área de expansão do diâmetro para garantir uma espessura de parede uniforme. Os cotovelos têm aparência lisa, alta precisão dimensional e podem ser produzidos continuamente em lotes.

 

• Formando pontos-chave: O blank do tubo está em estado de tensão de compressão axial/radial e tensão circunferencial, com deformação concentrada no ventre. Controlar a temperatura de aquecimento, a velocidade de compressão e os parâmetros do mandril pode evitar defeitos como espessura irregular da parede, enrugamento e rachaduras.

 

• Conquistas de aplicativos: O processo desenvolvido pelo Northwest Institute for Nonferrous Metal Research pode produzir cotovelos sem costura com diâmetro máximo de φ219, cujo desempenho atende ASTM B363-95, resolvendo as desvantagens da soldagem e estampagem.

 

(IV) Processo de formação de fundição

• Defeitos: Propenso a porosidade, cavidades de contração e inclusões; espessura de parede maior ou igual a 5mm é incompatível com tubulações convencionais; superfície áspera aumenta a resistência à transmissão.

 

• Deficiências: A resistência à corrosão é inferior à da liga de titânio forjado e o custo é relativamente alto.

 

(V) Outros Processos Especiais de Conformação

• Extrusão a Frio: Adequado para cotovelos de alta-precisão e de pequeno{1}}diâmetro, apresentando boa aparência, alta precisão dimensional e espessura de parede uniforme. Possui altos requisitos para moldes e peças brutas de tubos, resultando em custos elevados.

 

• Conformação a quente de mandril: Capaz de produzir cotovelos de vários diâmetros, realizando expansão e flexão síncronas durante o aquecimento e o empurrão, exigindo posterior tratamento térmico e usinagem.

 

• Método UO: As placas de titânio são moldadas com foco em cotovelos de grande-diâmetro e paredes-espesas, adequadas para condições de trabalho onde tubos vazios não podem ser usados.

 

 

(I) Influência nas Propriedades Mecânicas

• Formação de soldagem: As costuras de solda são fracas; grãos grossos na zona-afetada pelo calor levam à redução do desempenho; a tensão residual provavelmente induzirá fissuras por corrosão sob tensão.

 

• Estampagem: O endurecimento por trabalho resulta em aumento de dureza e diminuição de tenacidade; o acúmulo de springback na estampagem a frio causa tensão residual, afetando a estabilidade estrutural.

 

• Formação por extrusão a quente: A deformação a quente uniforme refina a estrutura e o tratamento térmico elimina o estresse, alcançando a uniformidade mecânica ideal. A resistência é a mesma do metal base e a taxa de alongamento é maior ou igual a 15%, atendendo aos requisitos dos principais dutos.

 

(II) Influência na Resistência à Corrosão

• Soldagem: Filme de óxido descontínuo e defeitos nas costuras de solda levam a baixa resistência à corrosão e fácil vazamento de corrosão.

 

• Estampagem: Defeitos superficiais danificam o filme de óxido, agravando a corrosão local.

 

• Extrusão a quente: A proteção contra gás inerte evita a oxidação, resultando em um filme de óxido intacto e uma superfície lisa. A resistência à corrosão é a mesma do metal base, adaptando-se às fortes condições de trabalho contra corrosão; a espessura uniforme da parede pode prevenir a corrosão sob tensão e prolongar a vida útil.

 

(III) Influência na Estabilidade Dimensional

• Soldagem Segmentada (Cintura de Camarão): Erros cumulativos de soldagem de múltiplas-seções causam ângulos e curvaturas irregulares, dificultando a instalação.

 

• Estampagem: O retorno elástico leva a desvios dimensionais, exigindo modelagem para aumentar os custos.

 

• Formação por extrusão a quente: O controle preciso do formato pelo mandril garante que as tolerâncias dimensionais atendam HG/T3651-1999 e ANSI B16.9, com excelente adaptabilidade de instalação.

 

 

• Seleção de Processo

Para tubulações importantes-resistentes à corrosão, os cotovelos sem costura de extrusão a quente são preferidos.

A extrusão a frio é usada para lotes pequenos,-de alta-precisão e cotovelos de{2}}diâmetro pequeno.

A soldagem de placas prensadas pode ser usada em pequenas quantidades para cenários não{0}}críticos/emergenciais.

Cotovelos de soldagem segmentados (cintura de camarão) são proibidos.

 

• Otimização de desempenho

Otimize os parâmetros de trabalho a quente por meio de simulação numérica para melhorar a precisão.

Atualize a tecnologia de proteção contra oxidação.

Integre conformação e tratamento térmico para melhorar a qualidade e a eficiência.

 

• Controle de qualidade

Esteja em conformidade com HG/T3651-1999 e implemente o controle completo do processo para garantir uma operação segura.

 

O Grupo Ruihang, como fabricante profissional, fornece produtos de titânio e ligas de titânio de alta-qualidade. Para mais detalhes, entre em contato conosco através do e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com