Debido al gran tamaño de la cabeza y las limitaciones de la especificación de ancho de placa de acero existente de 2,2 metros, el proceso de fabricación priorizó maximizar el uso de chatarra de acero inoxidable. Inicialmente, las placas de acero inoxidable se soldaron manualmente usando soldadura por arco. Posteriormente, se unieron tres placas de acero inoxidable y tres placas de acero al carbono usando soldadura explosiva para crear una placa compuesta. Las placas compuestas se soldaron manualmente por arco para formar una sola placa compuesta en blanco.La cabeza elíptica de placa compuesta se formó usando un proceso de hilado en frío. Para investigar la causa de grietas en la cabeza de placa compuesta y desarrollar contramedidas eficaces para prevenir problemas similares en el futuro, los ingenieros realizaron un análisis en profundidad.1. Análisis de la pared interna de la cabeza de placa compuestaEl daño a la pared interior de la cabeza se limitó a las soldaduras de empalme entre las placas de acero inoxidable 1 y 2. No se observaron problemas en las soldaduras de empalme de la propia placa compuesta. Las grietas en las soldaduras de empalme de acero inoxidable se localizaron en las depresiones centrales de las soldaduras y fueron causadas principalmente por desgarro por sobrecarga debido a una deformación plástica excesiva.Análisis de la pared exterior de la cabeza de placa compuestaEn el lado de acero al carbono de la pared exterior, la grieta estaba acompañada de signos visibles de deformación excesiva, cuello y división. Estas deformaciones corresponden precisamente a las soldaduras de empalme de las placas de acero inoxidable 1 y 2 en la pared interior. La observación reveló que la superficie de grieta principal se alineaba con las soldaduras de empalme de las placas interiores de acero inoxidable. Adicionalmente, la propagación de grietas exhibía etapas en las que se cruzaban grietas de diferentes capas.Esto indica que la grieta durante el proceso de hilado en frío fue el resultado del desgarro por sobrecarga de fuentes de grietas múltiples. A medida que las grietas se propagaban, se cruzaban con grietas en diferentes niveles, alterando su dirección momentáneamente antes de volver a la trayectoria de la grieta primaria. Esta trayectoria primaria correspondía a las soldaduras de empalme de acero inoxidable de la pared interior, destacando que esta zona de soldadura era el punto más débil en la placa compuesta.La fractura principal mostró una línea de reposo de tensión distinta, indicativa de una fractura plástica fibrosa causada por sobrecarga y deformación repetidas. La fractura se originó en la pared interna de la placa de acero inoxidable y se extendió al sustrato de acero al carbono. Tras una inspección estrecha, se identificaron múltiples fuentes de grietas en la placa de acero inoxidable, confirmando que la fractura principal era una falla de fuentes de grietas múltiples.MicroanálisisSe llevó a cabo un microanálisis adicional para profundizar en los factores materiales y estructurales que contribuyen al agrietamiento.
2. Análisis metalográfico del sustrato de acero al carbono
La morfología de vacío en el sustrato de acero al carbono de la placa compuesta antes de hilar se asemeja a la del material antes del procesamiento. Sin embargo, después de la hiladura en frío, el número y el diámetro de los huecos aumentan significativamente. Esto ocurre porque, durante la hiladura en frío, la base de acero al carbono se somete a endurecimiento por trabajo en frío debido a repetidas aplicaciones de fuerza. Esto conduce a la acumulación de dislocación y cambios en la estructura metalográfica. Estos cambios en el tamaño y distribución del vacío son la causa principal de desgarro y falla del material.
2.2 Análisis metalográfico de soldaduras de empalme de acero inoxidable
Las soldaduras de empalme en la placa de acero inoxidable se crearon usando soldadura por arco manual de doble cara, dando como resultado formaciones de doble cara sin ninguna soldadura de reparación. La soldadura en el lado unido a la base de acero al carbono es la soldadura secundaria, mientras que la soldadura en la superficie de la pared interna de la cabeza es la soldadura primaria. Existe un defecto geométrico de menos de 2 mm de tamaño entre las dos soldaduras debido a una penetración insuficiente durante la segunda soldadura. Este defecto forma una imperfección de soldadura lineal continua a lo largo del centro de soldadura.
Estos defectos de soldadura se convirtieron en puntos de inicio de grietas durante el proceso de hilado en frío. La ampliación adicional de estos defectos revela la iniciación preferente de grietas en sus bordes. Por lo tanto, el defecto de soldadura lineal en la placa de acero inoxidable se identifica como la fuente primaria de desgarro interno en la cabeza de placa compuesta.
2.3 Análisis por microscopía electrónica de barrido (SEM)
El análisis de SEM de las muestras de fractura reveló que las fracturas de placas compuestas de acero inoxidable exhiben una estructura característica de hoyos de plástico equieje, indicativa de una fractura plástica de sobrecarga. De manera similar, las fracturas del sustrato de acero al carbono también muestran una estructura de hoyumba de plástico, pero con variaciones significativas de tamaño. Se observaron muchos hoyos anormalmente grandes, que estaban vinculados a inconsistencias materiales y huecos en la estructura metalográfica. Estos huecos son una fuente importante de los grandes hoyos en las fracturas.
Resumen
Defectos de soldadura como fuente de grietas
Los defectos lineales en las soldaduras manuales de arco de doble cara de la placa de acero inoxidable, distribuidos a lo largo del centro de soldadura, fueron una fuente crítica de grietas durante la fabricación de la cabeza de placa compuesta DN6200. Las fuerzas repetidas durante el proceso de hilado provocaron que estas grietas se propagaran, lo que en última instancia condujo a una falla de la cabeza debido a la sobrecarga.
Cavidades de sustrato de acero al carbono
Los numerosos huecos en el sustrato de acero al carbono fueron responsables de la formación de hoyos anormalmente grandes durante fracturas de sobrecarga. Estos huecos contribuyen a las propiedades desiguales del material y son áreas donde es más probable que se produzcan grietas. El aumento en el número y tamaño de huecos se atribuye principalmente a las fuerzas externas repetidas durante el proceso de hilado en frío, lo que causó endurecimiento de trabajo en frío, acumulación de dislocación y cambios en la estructura metalográfica.
Recomendaciones
- Control de vacíos:Deben hacerse esfuerzos para minimizar el número y el tamaño de huecos en el sustrato de acero al carbono para reducir los defectos potenciales exacerbados por el trabajo en frío.
- Calidad de soldadura:La calidad de las soldaduras de empalme debe ser estrictamente controlada. En particular, durante la soldadura por arco manual de placas de acero inoxidable, es esencial una inspección exhaustiva de las soldaduras de empalme para eliminar defectos internos ocultos y garantizar la integridad fiable de la soldadura.
