¿Cuáles son los beneficios de un forjado de núcleo hueco sin costuras?

¿Cuáles son los beneficios, con respecto a las tensiones residuales, de un forjado de núcleo hueco sin costura sobre una placa laminada y soldada que se procesa posteriormente (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 en su conjunto cambien 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 de naturaleza similar a un resorte fijo en estado comprimido. Si el accesorio que sostiene el resorte permanece intacto, el resorte no se expande. Sin embargo, una vez que se quita 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 por medios mecánicos (remoción de metal o enderezamiento en frío / caliente, etc.) o por medios térmicos (soldadura, tratamiento térmico, etc.) .).

Usando este modelo, es evidente que la clave para minimizar la distorsión es seleccionar un proceso de fabricación que (1) use material de entrada con poca o ninguna tensión residual y (2) permitirá una ruta de procesamiento posterior que introduzca la menor tensión residual posible. . Para formar una placa en un cilindro, en la mayoría de los casos, será necesario estirar el metal más allá de su límite de elasticidad para mantener la forma cilíndrica y permitir la posterior recuperación elástica. Si se supone que la placa de partida está esencialmente libre de tensión residual debido al procesamiento a temperaturas elevadas (una gran suposición, de hecho), el estado de equilibrio de la placa se cambia posteriormente durante el laminado mediante la introducción de tensiones de tracción y compresión que desplazan la estado de equilibrio al de una forma cilíndrica (que requiere una soldadura para mantenerlo en su lugar debido a la tendencia a retroceder, en particular con materiales que tienen un alto límite elástico).

Al comprender la relación proporcional entre la tensión y la deformación (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 perturba aún más el sistema mediante la introducción de energía térmica. La severidad de la tensión residual aumentará con aumentos en cualquiera o en todo el límite elástico 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 (mecanizado 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 consideran al seleccionar un cilindro laminado y soldado.

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