БЛОГ

Жоғары беріктіктегі бұрандалы бұрандалар үшін дұрыс материал мен жылумен өңдеуді таңдау

Құрылымдық жүктеме мен пайдалану ортасына ASTM стандарттарын (A325, A490, A449, A354) сәйкестендіру

Материалды таңдау — маңызды құрылымдық қолданыстарда бұрандалы бұрандалардың жұмыс істеуінің негізі болып табылады. Материалдарды сынақтау және зерттеу бойынша Америкалық қоғамы (ASTM) механикалық қасиеттерді шынайы әлемдегі талаптарға сәйкестендіретін қатаң тексерілген стандарттар ұсынады:

• ASTM A325 стандарты бойынша бұрандалы бұрандалар (минимум 120 ksi созылу беріктігі) ғимараттар мен көпірлердегі стандартты құрылымдық болат қосылыстары үшін арналған
• ASTM A490 (150 ksi минимум) жоғары кернеулерге ұшырайтын қолданыстар үшін, мысалы, сейсмикалық бекітпе және ауыр жабдықтардың негізіне бекіту үшін жоғары деңгейде күштерді қабылдау қабілетін қамтамасыз етеді
• ASTM A354 BD дәрежесі мен ASTM A449 стандарттары кернеуге төзімділігі өте маңызды қолданыстарға, яғни анкерлік шегелер мен қосымша құрылған бекітпе бұрандаларына қатысты арнайы қолданыстарға қамтылуын кеңейтеді — мұндай қолданыстарда жоғары беріктік пен нақтырақ өлшемдік бақылау қажет

Жабдықтың жұмыс істейтін ортасы басқа кез келген факторға қарағанда маңызды. Су айдыны аймақтары үшін коррозияға төзімді материалдар немесе қорғаныс қабаттары бар материалдар қажет. Егер өте суық аймақтарда (-50 °F және одан төмен) жұмыс істесек, трещиналарға қарсы беріктігін сақтау үшін никель қосымшасы бар арнайы болаттар (мысалы, 40CrNiMo) қажет болады. ASTM-нің 2023 жылғы соңғы зерттеуі болттардың ерте қирау себептерін қарастырды, ал болжам қандай? Осы қиралардың шамамен 37 пайызы дұрыс емес материал маркаларын таңдау нәтижесінде пайда болды. Сондықтан техникалық сипаттамаларды таңдау — бұл қағаздармен жұмыс істеуге арналған абстрактілік емес. Бұл дұрыс істелсе, нақты өмірлерді құтқарып, объектіде апаттарды болдырмауға көмектеседі.

Қатаң бақыланатын жылумен өңдеу: беріктікті, икемділікті және циклдық тозуға төзімділікті оптимизациялау

Жылумен өңдеу — бұл соңғы операция емес; бұл қарапайым болатты сенімді, циклдық тозуға төзімді бекітпе элементіне айналдыратын металлургиялық негізгі тас. Дәл бақыланатын өңдеу үш негізгі кезеңнен тұрады:

1. Аустениттендіру қыздыру ~1650°F дейін карбидтерді толығымен ерітеді, қиманың бойынша біркелкі дән ұсақтауын қамтамасыз етеді
2. Жылы туғызушы тез майда суыту мартенситтік құрылымды нығайтып, негізгі қаттылық пен беріктік потенциалын қалыптастырады
3. Темперлеу қайтадан ~800°F дейін қыздыру ішкі кернеуді жояды және динамикалық жүктемеге төзімділік үшін маңызды серпімділік–беріктік тепе-теңдігін оптималдайды

2022 жылы «Materials Engineering» журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, бұл өңдеу процесі дәстүрлі өңделмеген бөлшектермен салыстырғанда егу төзімділігін шамамен 60% арттырады. Диаметрі бір дюймнен асатын ірі болттармен жұмыс істеген кезде олардың суыту жылдамдығын бақылау өте маңызды. Дұрыс бақылаусыз болттың сыртқы беті мен ішкі қабаты арасында қаттылықта айырым пайда болуы мүмкін, бұл бүкіл құрылымның беріктігін төмендетеді. Өңдеуден кейін болттарды шамамен 400 °F (204 °C) температураға дейін қыздыру пикелдеу немесе гальваникалық өңдеу сияқты процестер кезінде болттың құрылымына түскен сутегін жоюға көмектеседі. Бұл қадам кейінірек пайда болуы мүмкін қатерлі кешіккен сынғыштықты болдырмауға көмектеседі. Жақсы термоөңделген болттар металда трещиналардың пайда болуы немесе таралуы басталғанша 100 мыңнан астам жүктеме циклін сәтті шыдайды.

Болттардың бүтіндігін сақтай отырып, коррозияға төзімділікті максималды деңгейге көтеру

Қорғаныс қабаттарын бағалау: ыстық балқытып цинктеп өңдеу (ASTM A153), механикалық цинктеп өңдеу (B695) және коррозияға төзімді болат (F593)

Коррозияға қарсы қорғаныс механикалық бүтіндіктің есебінен ешқашан құрбан болмауы керек. Әрбір қаптау жүйесі белгілі бір экологиялық және өнімділік талаптарын қанағаттандырады:

• Қыздырылған цинкке батыру (ASTM A153) атмосфералық әсерге төзімді қалың, құрбан болатын цинк қабатын қолданады — бірақ тұрақты теңіз суына батырылу кезінде ол тез тозады, сондықтан оның қолданылуы су деңгейінің жоғарысында немесе кезектесіп ылғалданатын аймақтарға шектеледі
• Механикалық плакеттеу (ASTM B695) цинкті төмен температурада (<150°F) тұндырады, сондықтан сутегі әлсіздену қаупі болмайды және күрделі геометриялық пішіндер мен кіші диаметрлі бекітпе бұрандаларына біркелкі қаптау қамтамасыз етіледі
• Темірбетонды болат бекітпе бұрандалары (ASTM F593) —әсіресе 316-сыныбы—агрессивті химиялық орталарда немесе толық суға батырылатын тұзды су ортасында өзіндік, қызмет көрсетуді қажет етпейтін коррозияға қарсы төзімділік береді, бірақ материалдың құны 40–60% қымбаттау болады

Таңдау өнімнің тіршілік циклы контекстіне — тек бастапқы бағаға емес — негізделеді. Төмендегі кестеде негізгі компромисстар қысқаша келтірілген:

²ASTM F606 сынақ стандарттарына сүйене отырып

Тігіс қызметін сақтау және қаптаманың тұрақтылығы мен біркелкі қапталуын қамтамасыз ету

Қабаттардың қалыңдығы орнатулардың сенімділігіне үлкен әсер етеді. Қыздырылған балқытқыш цинкпен гальваникалық өңдеу кезінде цинктің артық мөлшері резьбалық профильді бұзып, орнату кезіндегі айналдыру моментінің талаптарын 25%-ға дейін көтеруі мүмкін. Бұл қосылыстардың сырғанауы немесе болттардың жүктеме әсерінен сынғаны сияқты қауп-қатерлерді арттырады. Резьба профилін бұзбай, жақсы адгезия қамтамасыз ету үшін абразивтік дәнекерлеу немесе химиялық травлену сияқты бетті дайындау әдістері міндетті талап болып табылады. ASTM B117 стандарты бойынша тұз шашырату сынағын жүргізу көрсеткендей, резьбаның маңызды түбірлерінің айналасында қабаттың жабылу деңгейі кемінде 85% құраса, өрісте болатын ақаулар шамамен 80% азаяды. Механикалық пластикалық өңдеу процестерінде резьбаның бітелуін болдырмау үшін шашыратылатын материалдың мөлшерін бақылау өте маңызды. Титан болттары өзіндік қиындықтар туғызады және компоненттерді біріктіріп бұрандалы қосылысты құру кезінде дұрыс резьба қосылуын қамтамасыз ету үшін молибден дисульфиді сияқты арнайы антиадгезиялық майлағыштарды қолдану қажет.

Жоғары беріктіктегі бұрандалардың ерте қиратылуын болдырмау үшін орнату дәлдігін қамтамасыз ету

Айналдырушы момент–тарту динамикасы, майлау бірқалыптылығы және калибрлеу протоколдары

Қосылыстарды дұрыс бекіту кезінде маңызды болатыны — бұрғылау моментінің көрсеткіші емес, нақты қол жеткізілген алдын ала керілу. Бұрғылау моменті мен керілу арасындағы қатынас маңызды бір нәрсені көрсетеді: біз қолданатын күштің көпшілігі үйкеліске жеңілу үшін жұмсалады. Зерттеулерге сәйкес, бұрғылау моментінің шамамен 90%-ы қосылысты нақты бекітуден бұрын үйкелісті жеңуге кетеді. Ал мұнда іс қиындайды. Егер бекітілетін бөлшектердің әртүрлі бөліктерінде майлау құрамында ең аздық айырмашылықтар болса, онда бірдей бұрғылау моментінің мәндері керілу деңгейінде шамамен ±30% айырмашылыққа әкелуі мүмкін. Осындай тұрақсыздық барлық бұрғылау моментінің нормаларын негізсіз етеді. Сондықтан көптеген мамандар расталған антизадирлік (қызуға қарсы) заттарға сенеді. Бұл қоспалар талшықтар мен контакт аймақтарына біркелкі таралған кезде тұрақты үйкеліс жағдайларын қамтамасыз етеді. Бұл бұрғылау моментін өлшеуге негізделген, бірақ өте алдаңдырғыш нәтиже беретін әдіске сүйенбей, болжанатын алдын ала керілу деңгейлерін сақтауға көмектеседі.

Күш моментін өлшеу құралдарын дұрыс калибрлеу NIST бойынша іздейтін стандарттарға сәйкес міндетті. Бұл калибрлеулер температураның өзгеруін, сондай-ақ құралдың қанша жиі қолданылатынын ескеруі тиіс. Дұрыс калибрленбеген құралдар бірнеше ай ішінде 5-15 пайызға дейін дәлдігін жоғалта алады. Сала зерттеулерінің нәтижелері көрсеткендей, қызметкерлер дұрыс калибрлеу процедураларына қатаң бағынатын болса, орнату қателерін шамамен 80 пайызға азайтады. Бұны майлау практикасы туралы жақсы құжаттамамен ұштастырсаңыз, барлығы орнына келеді. Болттар олардың сыну нүктесінен аспай, қажетті керілу деңгейіне жетеді. Бұл механикалық қосылыстарда жалпы беріктіктің артуын және уақыт өте келе тозу мен әртүрлі әсерлерге төзімділіктің жақсаруын білдіреді.

Жоғары беріктіктегі болттарды тасымалдау, сақтау және алдын-ала орнату кезінде қорғау

Шынайы әлемдегі тозу құбылыстарын азайту: ылғалдылық, хлоридтер, температураның тербелістері және беттің зақымдануы

Деградация процесі шынымен құрылысқа орнатылмас бұрын-ақ басталады. Сондай-ақ, біздің жағалауларымыз бойынша құрылыс жобаларында қолданылатын жоғары беріктіктегі болттарды қарастырайық. Тұзды ауа мен ылғалдың әсеріне ұшыраған кезде бұл болттар өндірістен шыққаннан кейін барып-барып бірнеше сағат ішінде беткі коррозия белгілерін көрсетеді. Нағыз қорқыныштысы — бұл ерте кезеңдегі коррозия болттардың тартылмай-ақ тартылу күшін шамамен 30 пайызға дейін төмендетуі мүмкін. Проблема хлоридке байланысты пішінді коррозиямен (піттинг) одан да ауырға айналады, ол уақыт өте келе тыныштықпен дамиды. Дұрыс сақтау осы жерде абсолютті түрде маңызды. Біз осы материалдарды салыстырмалы ылғалдылығы 40 пайыздан төмен болатын, бу кедергісі бар және артық ылғалды сорып алатын силикалық гельді пакеттермен жабдықталған бақыланатын ортада сақтауымыз керек. Температураның тербелістері де маңызды. Күндік температура 50 °F-тан аса тербелген кезде бұл резьбалы қосылыстарға термиялық усталу арқылы қатты керілу туғызады. Изоляцияланған орау материалдары тасымалдау мен сақтау кезінде осы керілуді азайтады. Ашық ауада қолдану үшін әдеттегі пластиктық жапырақтарды қолданбаңыз. Орнына желімделген УК-тің әсеріне төзімді шатырларды қолданыңыз, олар ауа айналысына мүмкіндік береді, бірақ суға төзімді болады. Бұл тыныс алатын нұсқалар конденсацияның ішінде жиналуын тоқтатады және құрылыс материалдарын зақымдамай, ішінде қалған ылғалды табиғи түрде шығаруға мүмкіндік береді.

Бұл компоненттермен жұмыс істеу тәсілі басқа барлық нәрселер сияқты маңызды. Төсенішті көтеру құрылғыларын қолданған кезде болатын кішкентай шығындар мен ойықтардың пайда болуын болдырмауға көмектеседі; ал бұлар кейінірек коррозия мен қысымдық трещиналар сияқты әртүрлі проблемаларға әкелуі мүмкін. Үш футтан (91,4 см) жоғары биіктіктен түскен кез келген болт қайтадан қызметке енгізілмедін бұрын магниттік бөлшекпен тексерілуі тиіс. Зерттеулер көрсеткендей, тіпті азғантай соққылар бақыланатын сынақ жағдайларында болттардың циклдық тозу өмірін екі есе қысқартатын микроскопиялық трещиналар тудырады. Бұлар тек қағаз-құжаттық талаптар емес. Олар нағыз қауіпті нәрсеге қарсы қорғаныс құралы болып табылады — 2023 жылғы есебіне сәйкес, Ұлттық Коррозия Инженерлері Ассоциациясының деректері бойынша, коррозияға байланысты глобалды шығын жылына шамамен 740 миллиард доллар құрайды. Дұрыс ұстау және тасымалдау болттардың жобаланған мерзімінше қызмет етуін қамтамасыз етеді.