Selama pembuatan dan pemrosesan pipa baja, karena deformasi yang tidak merata dan perubahan suhu di dalamnya, semacam tegangan yang dapat-seimbang bahkan tanpa gaya eksternal terbentuk di dalamnya. Ini adalah tegangan sisa.
🔍 Tegangan sisa pada pipa baja: penyebab, akibat dan strategi eliminasi
🔬 Pengertian dan penyebab tegangan sisa
Tegangan sisa mengacu pada tegangan yang tetap berada di dalam logam dan berada dalam-kesetimbangan setelah gaya eksternal dihilangkan. Kemunculannya terutama bermula dari ketidakhomogenan berbagai fenomena fisik selama proses pembuatan.
• Pendinginan tidak merata:
Selama proses pengerolan panas, ketika pipa baja mendingin dari kondisi-suhu tinggi, jika laju pendinginan berbagai bagian penampang tidak-konsisten, hal ini akan menyebabkan kontraksi asinkron, sehingga membentuk tegangan sisa-yang menyeimbangkan diri di dalamnya. Secara umum, semakin besar-ukuran penampang baja, semakin besar pula tegangan sisa.
• Deformasi plastis tidak rata:
Selama proses pengerjaan dingin seperti pengerolan dingin dan penarikan dingin, material logam mengalami ekstrusi oleh gulungan dan deformasi plastis. Jika derajat deformasi lapisan dalam dan luar pipa baja tidak konsisten, maka akan menyebabkan distribusi tegangan yang tidak-seragam.
• Proses pengelasan:
Dalam pembuatan pipa las jahitan lurus atau pipa las spiral, logam di area las mengalami pemanasan dan pendinginan lokal yang intens. Selama proses ini, regangan lokal yang disebabkan oleh kontraksi lapisan las seringkali beberapa kali lipat dari regangan titik luluh, sehingga menghasilkan tegangan sisa pengelasan yang sangat besar.
⚠️ Pengaruh utama dari tegangan sisa
Keberadaan tegangan sisa seperti menaburkan "benih bahaya tersembunyi" di dalam pipa baja, yang menimbulkan banyak ancaman terhadap kinerja dan masa pakainya.
1. Menyebabkan deformasi dan ketidakstabilan dimensi:
Tegangan sisa dapat mengganggu keseimbangan mekanis di dalam pipa baja, menyebabkan deformasi seperti pembengkokan atau puntiran selama pemrosesan, penyimpanan, atau penggunaan selanjutnya. Ketika tegangan sisa melebihi 15% dari kekuatan luluh material, kesalahan kelurusan pipa baja jadi dapat meningkat tajam lebih dari 30%, sehingga sangat mempengaruhi keakuratan dimensi produk.
2. Mengurangi umur kelelahan dan-kapasitas menahan beban:
Tegangan sisa, terutama tegangan tarik, dapat menurunkan ketahanan lelah pipa baja secara signifikan. Di bawah pembebanan siklik, area dengan tegangan tarik sisa lebih rentan untuk memicu retak lelah dan mempercepat penyebarannya, sehingga menyebabkan kegagalan dini pada komponen dan memperpendek masa pakainya.
3. Peningkatan risiko retak:
Untuk pipa baja yang dilas, tegangan sisa yang ada di area lapisan las sering kali menimbulkan keadaan tegangan tiga-arah, yang sangat meningkatkan risiko retak. Jika baja itu sendiri mengalami delaminasi (inklusinya ditekan menjadi lembaran tipis), tegangan sisa juga dapat menyebabkan robeknya lapisan las ketika lapisan las menyusut.
4. Mengintensifkan korosi intergranular:
Stres sisa dapat meningkatkan reaktivitas kimia logam. Di bawah pengaruh tegangan tarik sisa, pipa baja (terutama pipa baja tahan karat) sangat rentan terhadap retak korosi intergranular, yaitu terkorosi pada batas kristal, sehingga sangat mempengaruhi ketahanan korosinya.
5. Dampak terhadap sifat mekanik dan keselamatan konstruksi:
Mengambil contoh pipa las spiral, sudut antara arah retak distribusi garis spiral dan sumbu pipa (biasanya 30-70 derajat) dan sudut kegagalan geser adalah serupa, yang berarti bahwa kinerja lentur, tarik, tekan dan puntirnya mungkin lebih rendah daripada pipa las busur terendam jahitan lurus. Selain itu, selama proses konstruksi, pengelasan garis perpotongan pada titik-titik dapat memotong lapisan spiral, menimbulkan tegangan pengelasan yang signifikan dan melemahkan kinerja keselamatan komponen.
💡 Metode utama menghilangkan sisa stres
Ide inti mengatasi tegangan sisa adalah dengan menyediakan "jalan keluar", biasanya melalui metode fisik atau termodinamika. Tabel berikut membandingkan tiga metode eliminasi utama:
| Metode Eliminasi |
Prinsip Inti |
Adegan yang Berlaku | Efek Eliminasi | Keuntungan Utama Utama |
|
Perlakuan Panas |
Dengan pemanasan, atom memperoleh energi untuk mengatur ulang dirinya sendiri, dan stres dilepaskan selama proses pendinginan yang lambat | Material pipa-presisi tinggi dan-tekanan tinggi; Menghilangkan stres setelah pengelasan. | Dapat menghilangkan 60% hingga 90% stres, dengan efek paling menyeluruh. | Ini memiliki efek paling menyeluruh dan merupakan solusi utama dalam industri. |
| Metode Mekanis | Dengan menerapkan gaya eksternal seperti getaran atau tekanan, deformasi plastis lokal akan terjadi, sehingga mengimbangi atau mengurangi tegangan sisa | Material pipa besar,-konstruksi di lokasi, dan skenario yang menyebabkan pemanasan tidak nyaman. | Biasanya, 30% hingga 60% stres dihilangkan. | Fleksibel dan efisien, tidak memerlukan pemanasan, dan biaya rendah. |
| Penuaan Alami | Dengan memanfaatkan perubahan-suhu jangka panjang dan sedikit getaran di lingkungan alami, stres dilepaskan secara perlahan dan alami | Pipa baja-rendah karbon dengan persyaratan masa konstruksi yang tidak ketat dan tingkat tegangan yang tidak tinggi. | Dibutuhkan waktu yang sangat lama (3 hingga 12 bulan), hanya menghilangkan 20% hingga 30% | Biayanya sangat rendah, tidak memerlukan peralatan atau energi |
🔍Aplikasi khusus metode mekanis:
• Poin-poin penting dari proses perlakuan panas:
Anil pelepas tegangan yang umum melibatkan pemanasan pipa baja hingga suhu tertentu (biasanya di bawah suhu transformasi fasa atau suhu rekristalisasi, seperti 500-650 derajat ), menahannya selama jangka waktu tertentu, dan kemudian mendinginkannya secara perlahan. Untuk baja karbon tinggi-atau baja paduan, temper suhu rendah (150-250 derajat ) juga dapat diterapkan untuk menghilangkan sejumlah tegangan tanpa mengurangi kekerasan secara signifikan.
• Penerapan khusus metode mekanis:
Pereda stres getaran: Pasang eksitasi pada pipa baja dan berikan getaran dengan frekuensi tertentu untuk membuatnya beresonansi, sehingga menghomogenisasi atau menghilangkan stres. Metode ini memiliki konsumsi energi yang rendah dan waktu yang singkat, namun efek eliminasinya tidak sebaik perlakuan panas.
Pelurusan tekanan: Dengan memberikan tekanan pada bagian pipa baja yang bengkok atau tertekan-melalui pengepres hidrolik, deformasi plastis terbalik akan dihasilkan untuk menyeimbangkan tegangan.
• Aplikasi kombinasi proses:
Dalam produksi industri sebenarnya, metode-metode ini sering digabungkan dan digunakan sesuai dengan keadaan tertentu. Misalnya, untuk pipa baja dengan persyaratan yang sangat tinggi, setelah perlakuan panas dan anil pelepas tegangan, perlakuan penuaan getaran dapat ditambahkan untuk lebih menstabilkan dimensi dan keadaan tegangan. Dengan mengoptimalkan parameter proses pengerolan, menyempurnakan desain cetakan, dan memperkenalkan teknologi kontrol cerdas, timbulnya tegangan sisa dapat dikurangi dari sumbernya.
