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¿Cuáles son los beneficios de una forja de núcleo hueco sin costura?

¿Cuáles son los beneficios de una forja de núcleo hueco sin costura?
Tiempo de Actualización:2019-03-07

¿Cuáles son los beneficios, con respecto a las tensiones residuales, de una forja de núcleo hueco sin costura sobre una placa soldada y laminada que posteriormente se procesa (mecanizado, tratamiento térmico, etc.)?

En general, la distorsión de un componente se producirá cuando los estados de tensión de los componentes individuales o del conjunto se desplacen de un estado de equilibrio a un nuevo estado de equilibrio. La presencia de tensiones residuales en los componentes actúa como una fuente de energía potencial similar en naturaleza a un resorte fijo en un estado comprimido. Si el accesorio que sostiene el resorte permanece intacto, el resorte no se expande. Sin embargo, una vez que se retira el accesorio, el resorte se expande hasta que alcanza un nuevo estado de equilibrio, ya sea otro punto fijo o un punto donde se gasta la energía potencial del resorte, y el resorte se extiende. Así también, la energía potencial en un componente debido a la tensión residual permanecerá sin cambios hasta que se altere el estado de equilibrio, ya sea a través de medios mecánicos (remoción de metal o enderezado en frío / caliente, etc.) o medios térmicos (soldadura, tratamiento térmico, etc.) .).

Hueco forjado Al usar este modelo, es evidente que la clave para minimizar la distorsión es seleccionar un proceso de fabricación que (1) use material de entrada con poco o ningún esfuerzo residual y (2) permita un proceso de procesamiento posterior que introduzca el menor esfuerzo posible . Para formar una placa en un cilindro, en la mayoría de los casos, se requerirá estirar el metal más allá de su límite de elasticidad para mantener la forma cilíndrica y permitir la recuperación posterior. Si se supone que la placa de inicio está esencialmente libre de tensión residual debido al procesamiento a temperaturas elevadas (una suposición importante, por cierto), el estado de equilibrio de la placa cambia posteriormente durante la laminación a través de la introducción de tensiones de tracción y compresión que desplazan la estado de equilibrio al de una forma cilíndrica (que requiere una soldadura para mantenerla en su lugar debido a la tendencia a retroceder, en particular con materiales que tienen un alto rendimiento elástico).

Hueco soldado Al comprender la relación proporcional entre la tensión y la tensión (módulo elástico), se puede entender intuitivamente que el estiramiento volverá a un nuevo estado que ahora tiene una tensión residual presente. Además, la introducción de la soldadura longitudinal para completar la forma cilíndrica interrumpe aún más el sistema a través de la introducción de energía térmica. La severidad de la tensión residual aumentará con los aumentos en cualquiera o en toda la resistencia elástica del metal base, la circunferencia del tubo y el espesor de la placa. Una vez que se logre la forma deseada, permanecerá en esa forma mientras no se realicen condiciones de procesamiento o servicio posteriores que alteren el estado de tensión (maquinado o soldadura, por ejemplo). Cuando la pieza se distorsiona, se requiere trabajo mecánico adicional para revivir la forma deseada, lo que resulta en una trayectoria de fabricación a menudo "circular". Estos costos a menudo no se tienen en cuenta al seleccionar un cilindro laminado y soldado.

Considere, ahora, una forja de núcleo hueco sin soldadura que se forja a temperaturas elevadas con recristalización dinámica (la formación inmediata de granos libres de estrés en la deformación). Las tensiones introducidas durante el forjado para producir la forma cilíndrica se eliminan inmediatamente a través de la recristalización de la estructura cristalina, dando como resultado una forja esencialmente libre de tensiones. En consecuencia, un conjunto enrollado y soldado posee una tensión residual significativamente mayor que un cilindro sin soldadura forjado (núcleo hueco). Además, no se introducen tensiones térmicas de la soldadura durante la formación del cilindro como un núcleo hueco forjado sin costura, a diferencia del método de placa soldada y laminada. En resumen, la forja de núcleo hueco sin costura es mucho más estable y posee un mayor grado de integridad estructural (¡sin soldaduras!) Que un conjunto de cilindro enrollado y soldado para un costo general a menudo más bajo.

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Florence Tang
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