5 moduri de a determina tensiunile reziduale pe antrenamentul de extrudare a conductelor extrudate
Datorită conductivității termice slabe a termoplasticelor, se formează tensiuni interne (tensiuni interne și compresive) în pereții produsului în timpul proceselor de răcire după extrudare. Tensiunile interne duc adesea la deformări și deformări ale produselor, ceea ce face vizibilă prezența tensiunilor interne. În cazul țevilor din plastic, se creează tensiuni interne axiale și tangențiale. Următoarele considerații se referă doar la solicitări interne tangențiale din țevile din plastic.
Formarea tensiunilor reziduale
Materialele plastice termoplastice, în special cele semi-cristaline, suferă modificări mari ale volumului în regiunea de 20% pe măsură ce se răcesc din topitură. Țevile de plastic sunt în mare parte răcite din exterior. Pielea exterioară a țevii de plastic este deja înghețată în calibrare și, prin urmare, nu mai poate efectua deformări libere. Restul conductei este încă la aproape temperatura de topire, așa cum arată exemplul din figura următoare.
Aceasta înseamnă că volumul materialului fierbinte din interiorul peretelui conductei se va micșora în mod semnificativ în timp ce pielea exterioară este deja înghețată și, prin urmare, rigidă. Tendința materialului fierbinte de a se micșora este împiedicată de pielea rigidă exterioară, care are ca rezultat tensiuni interne la peretele conductei. Echilibrul forțelor este menținut de acumularea simultană a tensiunilor compresive interne în stratul exterior. Stresele interne nu se manifestă inițial prin deformări mai mari. Numai atunci când țeava este tăiată în direcția axială și o bandă este îndepărtată de peretele țevii, se poate observa o „țevă” în țevile care sunt răcite în principal din exterior:
Amplitudinea deformării oferă adesea, dar nu întotdeauna, o impresie a nivelului de solicitări reziduale. Informațiile despre distribuția stresului rezidual nu pot fi derivate numai din deformare. De exemplu, pot fi utilizate proceduri speciale de testare sau metode de simulare, așa cum se arată în figura următoare:
Măsurarea tensiunilor reziduale în țevile din plastic
Așa-numita metodă Janson este adesea utilizată pentru a măsura tensiunile reziduale tangențiale din țevile din plastic. Este relativ răspândit, dar există și alte metode. Următorul tabel listează cele mai importante procese descrise în literatură:
Janson:
În procedura de testare Janson, determinarea eforturilor reziduale se bazează pe deformarea unei probe de țeavă cauzată de tăierea liberă (tăierea unei benzi în direcția axială). Schimbarea deformației este măsurată cu ajutorul a două marcaje pe o secțiune de țeavă de o anumită lungime. O tensiune internă maximă în peretele țevii este calculată din deformare utilizând relații formulice.
Servicii mici:
Metoda de măsurare conform Kleindienst folosește și deformarea unui specimen cauzată de stresul rezidual după tăiere liberă. În acest proces, un segment longitudinal este decupat din specimenul de testare, ceea ce perturbă echilibrul tensiunilor interne din conductă. Există o reacție de deformare a corpului inelului, astfel încât distanța dintre cele două muchii tăietoare se schimbă. Cu ajutorul unei mașini de testat la tracțiune, proba este deformată înapoi și se determină forța necesară pentru a atinge starea inițială. Tensiunile reziduale tangențiale sunt calculate presupunând o distribuție liniară a tensiunii peste grosimea peretelui conductei.
Metoda de feliere:
Cu ajutorul metodei de tăiere, tensiunile reziduale maxime pot fi determinate în direcțiile axiale și tangențiale. Pentru a determina solicitările interne tangențiale, conducta este tăiată în direcție longitudinală și se observă deformarea (schimbarea în diametru) a probei de conductă. Diametrul exterior este măsurat după o perioadă de timp specificată. Tensiunile reziduale tangențiale maxime sunt calculate utilizând o formulă. Metoda este similară cu metoda Janson.
Eliminarea stratului:
Metoda de îndepărtare a stratului și metoda de tăiere ulterioară (LRSS) este unul dintre procesele utilizate frecvent pentru țevile din plastic. Cu această metodă, tensiunile reziduale tangențiale sunt măsurate prin fenomene de deformare. Cu metoda LRSS, straturile de materiale de diferite grosimi sunt îndepărtate dintr-un număr definit de probe. Probele sunt apoi tăiate în direcția axială. Deformarea cauzată de segmentul decupat este înregistrată prin măsurare. Grosimea peretelui poate fi modificată fie prin rotirea suprafeței exterioare, fie prin rotirea suprafeței interioare a țevii.
Metoda forajului:
Metoda forajului este o metodă de relaxare utilizată pe scară largă pentru determinarea tensiunilor reziduale. Utilizarea este fiabilă pentru o mare varietate de tipuri de probe și duce la rezultate rapid. Mai mult, metoda provoacă doar daune marginale probei. Secvența procesului și procedura de măsurare includ standardizat conform ASTM E837. Cu metoda forajului, pot fi măsurate tensiunile reziduale atât axiale, cât și tangențiale. Tensiunile reziduale sunt determinate prin găurirea unei găuri (diametru mic) în suprafața țevii și modificările rezultate în tensiune. Schimbările de deformare ale suprafeței înconjurătoare sunt măsurate cu ajutorul rozetelor de calibrare. În ultimii ani, totuși, tehnicile optice au fost, de asemenea, utilizate din ce în ce mai mult pentru a înregistra fenomenele de expansiune. Prin foraj cu o creștere incrementală a adâncimii, distribuția tensiunii poate fi înregistrată până la o adâncime în ordinea mărimii diametrului găurii. Tensiunile reziduale sunt calculate din tensiunea de pe suprafață, care crește odată cu adâncimea găurii.
Evaluarea metodei de măsurare Janson
Declarație despre distribuția stresului
Trebuie făcută distincția dacă se măsoară o distribuție reală a tensiunii reziduale sau se presupune o distribuție liniară a tensiunii reziduale. Metoda Janson presupune o distribuție liniară a tensiunii reziduale. Aceasta înseamnă că există suprafețe de compresie interne pe suprafața exterioară, care scad liniar în interiorul peretelui conductei și apoi trec la solicitări de tracțiune interne până la peretele interior al conductei:
Este evident că acest profil de tensiune reziduală liniară reprezintă o presupunere simplificată. În realitate, se dezvoltă profiluri de stres rezidual care arată un curs neliniar, așa cum se arată, de exemplu, în următoarea ilustrație dintr-o simulare:
Calculul valorilor absolute pentru tensiunile reziduale maxime care apar utilizând metoda Janson este, prin urmare, foarte predispus la erori.
Efort și aplicare
Implementarea testului Janson este descrisă de utilizatori ca fiind complicată și nu foarte reproductibilă. Acest lucru este adesea problematic, tocmai pentru că solicitările reziduale sunt adesea utilizate ca criteriu de calitate.
Tensiunile interne sunt ameliorate imediat ce tăierea ferăstrăului este făcută pentru a îndepărta banda axială. În funcție de modul în care se efectuează tăierea ferăstrăului, acest efect poate fi mai mult sau mai puțin pronunțat, ceea ce duce la rezultate incorecte de măsurare.
Dacă banda îndepărtată nu este suficient de largă, ambele margini adiacente se vor deplasa una spre cealaltă și pot întâlni. Acest lucru întrerupe deformarea și falsifică rezultatul măsurătorii. În cazul țevilor cu pereți subțiri, este posibil să conducă cele două margini adiacente una lângă alta. După aceea, totuși, cele două suprafețe ale țevii se freacă una împotriva celeilalte, ceea ce duce, de asemenea, la un rezultat de măsurare falsificat. Alternativa tăierii unei benzi axiale mai largi nu este recomandată deoarece face mai dificilă măsurarea distanței dintre marcajele care se deplasează unul către celălalt, ceea ce duce și la erori de măsurare.
Deformările apar în timpul executării tăierii ferăstrăului. Cu toate acestea, acestea sunt nedefinite și, prin urmare, nu pot fi incluse în cursul de timp al testului Janson. Acest lucru complică și reproductibilitatea rezultatelor măsurătorilor și duce la erori.
rezumat
Testul Janson este utilizat pe scară largă în practică, dar are diverse probleme:
- Presupunerea unei curbe de tensiune internă liniară în peretele conductei
- Nu este posibilă nicio afirmație cu privire la distribuția stresului
- Manevrarea dificilă a procedurii de testare, rezultând o reproductibilitate redusă
În prezent sunt depuse diverse eforturi pentru a dezvolta metode de testare optimizate
Dacă doriți să fiți informat cu privire la alte articole despre depanarea extrudării, înregistrați-vă aici pentru newsletter-ul nostru gratuit. În același timp, aveți acces la zona noastră de descărcare gratuită.