Cómo abordar problemas de tensión y deformación en tubos de acero inoxidable doblados

Introducción:

Los tubos de curvado son componentes cruciales en diversas industrias, como la construcción, la automoción, la aeroespacial y la ingeniería química, debido a su gran cantidad y diversidad de tipos. Estas piezas satisfacen las crecientes demandas de aligeramiento y alta resistencia de los productos, tanto desde el punto de vista material como estructural.

Sin embargo, durante el proceso de doblado, pueden surgir problemas de tensión y deformación, que afectan el rendimiento de los tubos y pueden provocar problemas estructurales y otros inconvenientes.

Este artículo tiene como objetivo abordar preguntas y respuestas relacionadas con el estrés y la deformación en los tubos de curvatura de acero inoxidable.

1.0Causas de tensión y deformación en tubos doblados

1.1Estrés generado durante el procesamiento

Velocidad de enfriamiento: En el proceso de doblado, las velocidades de enfriamiento desiguales pueden causar diferencias de temperatura en el material del tubo, lo que genera propiedades mecánicas variables en diferentes regiones e induce estrés térmico. Cuando existe una diferencia significativa en las velocidades de enfriamiento entre regiones, se produce estiramiento o tensión de compresión Puede formarse en zonas de temperaturas más altas y más bajas. Esta distribución desigual de la tensión puede provocar deformación local o acumulación de tensión residual, lo que afecta la calidad del tubo.

Proceso de doblado: Durante el doblado de tubos de acero inoxidable, la tensión de tracción se produce en el exterior, mientras que la de compresión se produce en el interior. La distribución desigual de la tensión en las diferentes partes puede causar deformaciones, como ovalización o arrugas, durante el proceso de doblado.

Procesamiento inadecuado: El uso de moldes o máquinas dobladoras inadecuados, configuraciones incorrectas del CNC, una velocidad de procesamiento excesiva o una lubricación deficiente pueden provocar una concentración de tensión localizada y una deformación irreversible en el tubo.

1.2Impacto de las propiedades del material

Estrés interno: Especialmente en materiales de metal laminado en frío, la tensión interna en el material puede liberarse durante el doblado, causando flexión o deformación, lo que afecta la precisión de la forma del tubo.

Alta dureza y Endurecimiento por trabajo en frío: La alta dureza del acero inoxidable puede provocar endurecimiento por trabajo en frío durante el doblado, lo que hace que la dureza de la superficie del material aumente bajo tensión de tracción, volviéndolo más frágil.

Elasticidad y plasticidad: El acero inoxidable tiende a tener un rebote significativo durante el doblado, lo que genera desviaciones entre la forma final del tubo y los requisitos de diseño.

1.3Configuración incorrecta del equipo

Selección inadecuada del molde de doblado: La elección de moldes con dimensiones incorrectas, radios de curvatura o material para la máquina dobladora puede afectar la distribución de la tensión y la deformación del tubo.

Control incorrecto de la velocidad de doblado: Los errores en la programación de la máquina dobladora o la falta de ajuste de la velocidad de doblado de acuerdo a los diferentes materiales pueden generar tensiones desiguales en el material, especialmente durante las etapas inicial y final del doblado, lo que provoca una sobredeformación localizada o distorsión de la forma.

2.0Métodos de detección de tensiones y deformaciones en tubos doblados

2.1Herramientas de inspección visual y medición

Inspección visual: Comprobación de grietas, arañazos, abolladuras u otros defectos en la superficie del tubo a simple vista o con una lupa.

Calibradores y micrómetros: Medir el diámetro exterior, el diámetro interior y el espesor de la pared para comprobar la precisión dimensional y evaluar la redondez, el diámetro y el radio de curvatura del tubo para garantizar que cumplan con los requisitos de diseño.

2.2Prueba de muestra de referencia

Comparar el tubo con muestras estándar para determinar si cumple con los requisitos de diseño.

2.3Prueba estándar de tolerancia

Probar el radio de curvatura, el ángulo, las dimensiones y la forma del tubo de acuerdo con los estándares de tolerancia.

2.4Pruebas no destructivas de alta precisión

• Difracción de rayos X (DRX)
• Prueba ultrasónica
• Prueba de partículas magnéticas
• Máquina de medición por coordenadas (CMM)
• Tecnología de escaneo láser

3.0Soluciones: métodos eficaces para abordar problemas de estrés y deformación

3.1Optimizar el radio de curvatura

Radio de curvatura: Seleccione un radio de curvatura adecuado según el espesor de la pared del tubo y las propiedades del material. Un radio demasiado pequeño puede provocar un estiramiento excesivo en el exterior y una compresión excesiva en el interior, lo que resulta en deformación.

Siga el principio del “radio de curvatura mínimo”: el radio de curvatura mínimo suele ser de 3 a 5 veces el diámetro del tubo para reducir la concentración de tensión.

3.2Control de velocidad de flexión

Velocidad de plegado: Una velocidad de plegado demasiado rápida puede provocar una distribución desigual de la tensión, lo que provoca deformación localizada y rebote. Por el contrario, una velocidad demasiado lenta puede inducir el endurecimiento por deformación en frío. máquinas dobladoras de tubos Con sistemas de control CNC se pueden programar para manejar velocidades de doblado para diferentes materiales.

3.3Utilice el proceso de doblado de múltiples pasadas

Doblado en múltiples pasos: realizar múltiples pasos de doblado puede reducir eficazmente la tensión de cada curva, disminuyendo así el rebote y la deformación.

3.4Moldes para máquinas dobladoras personalizadas

Elija moldes de doblado adecuados con radios de curvatura y dimensiones apropiadas para las especificaciones del tubo, y mantenga regularmente los moldes para garantizar una superficie lisa, reduciendo daños al tubo durante el doblado.

4.0Preguntas y respuestas frecuentes sobre tensión y deformación en tubos doblados

Referencias

1. Las intrigantes tensiones en las curvas de las tuberías  https://www.comsol.com/blogs/the-intriguing-stresses-in-pipe-bends
2. Antecedentes de los SIF y los índices de tensión para cargas de momento de componentes de tuberías https://www.osti.gov/biblio/841246
3. Factores de intensificación de tensiones (factores i), factores de flexibilidad (factores k) y su determinación para componentes de tuberías metálicas B31J – 2017  https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/b31j-stress-intensification-factors-flexibility-factors-determination-metallic-piping-components/2017/pdf