Penyelidikan mengenai pengaruh kimpalan pada tekanan tumpukan paip keluli semasa memandu longgokan

pengenalan

Tumpukan paip keluli digunakan secara meluas dalam projek kejuruteraan awam, terutamanya di asas luar pesisir, pembinaan jambatan, dan bangunan bertingkat tinggi. Buasir ini didorong ke tanah menggunakan palu kesan, proses yang menundukkan mereka kepada tekanan dinamik yang ketara. Selalunya, Tumpukan paip keluli dibuat atau dilanjutkan dengan mengimpal beberapa bahagian bersama, Memperkenalkan kimpalan sebagai perkara penting yang menjadi perhatian. Kimpalan, sementara perlu untuk mencapai panjang longgokan yang dikehendaki, dapat mengubah pengagihan tekanan dan integriti struktur longgokan dengan ketara semasa memandu. Ketidaksempurnaan dalam kimpalan, Tekanan sisa dari proses kimpalan, dan pemuatan dinamik semasa memandu longgokan dapat memburukkan lagi kepekatan tekanan, berpotensi membawa keletihan, retak, atau kegagalan.

Penyelidikan ini meneroka pengaruh kimpalan pada tekanan buasir paip keluli semasa memandu longgokan, memberi tumpuan kepada pengagihan tekanan, kepekatan di kawasan kimpalan, tingkah laku keletihan, dan strategi pengurangan praktikal. Melalui analisis teoritis, pemodelan berangka, dan kajian kes, Kajian ini bertujuan untuk memberikan pemahaman yang komprehensif mengenai kesan berkaitan kimpalan dan mencadangkan kaedah untuk meningkatkan prestasi longgokan.

Latar belakang teoritis

Mekanik memandu longgokan

Memandu longgokan melibatkan penggunaan palu kesan untuk memberikan tenaga kinetik ke longgokan, memaksanya ke tanah. Proses ini menghasilkan gelombang tekanan mampatan yang menyebarkan sepanjang panjang longgokan. Gelombang tekanan mencerminkan sempadan (cth., Petua longgokan atau ketidakselarasan seperti kimpalan), membawa kepada keadaan tekanan yang kompleks. Tekanan utama semasa memandu longgokan termasuk:

1. Tekanan mampatan paksi: Dihasilkan oleh kesan tukul.
2. Tekanan tegangan: Hasil daripada refleksi gelombang, terutamanya di tanah keras di mana hujung longgokan menghadapi rintangan yang tinggi.
3. Tegasan Ricih: Disebabkan oleh rintangan tanah lateral atau misalignment semasa memandu.
4. Tekanan Lentur: Berlaku jika longgokan tidak tegak atau jika beban sisi hadir.

Tekanan maksimum dalam longgokan semasa memandu boleh dianggarkan menggunakan persamaan gelombang satu dimensi:

Di mana:

• a_maks: Tekanan maksimum (PA)
• E: Modulus keanjalan keluli (Biasanya 210 GPA)
• A: Kawasan keratan rentas longgokan (m²)
• v_imp: Halaju kesan tukul (m/s)
• c: Kelajuan gelombang dalam keluli, c = √(E / r), di mana ρ adalah ketumpatan keluli (~ 7850 kg/m³)

Untuk timbunan paip keluli biasa dengan kelajuan gelombang kira -kira 5100 m/s, Malah halaju kesan sederhana (cth., 5 m/s) boleh menghasilkan tekanan melebihi 500 Mpa, menghampiri atau melebihi kekuatan hasil dari banyak gred keluli.

Ketidaksempurnaan kimpalan dan peranan mereka dalam pengedaran tekanan

Kimpalan memperkenalkan beberapa faktor yang mempengaruhi tekanan semasa memandu longgokan:

1. Ketidakhadiran geometri: Manik kimpalan, Walaupun di bawah tanah, Buat perubahan setempat dalam keratan rentas longgokan, membawa kepada kepekatan tekanan.
2. Tekanan Baki: Proses kimpalan mendorong tekanan sisa akibat pengembangan dan penguncupan terma, sering menghampiri kekuatan hasil bahan.
3. Heterogeneity bahan: Zon yang terjejas haba (Haz) bersebelahan dengan pameran kimpalan yang diubah sifat mekanik, seperti kemuluran yang dikurangkan atau peningkatan kekerasan, yang boleh menjejaskan pengagihan tekanan.
4. Ketidaksempurnaan kimpalan: Kecacatan seperti keliangan, Kemasukan Slag, atau penembusan tidak lengkap melemahkan kimpalan dan meningkatkan kepekatan tekanan.

Faktor kepekatan tekanan (Scf) di kimpalan boleh ditakrifkan sebagai:

Di mana:

• a_{maks, Weld}: Tekanan maksimum di kimpalan
• a_nominal: Tekanan nominal di longgokan dari kimpalan

Nilai SCF biasa untuk kimpalan dalam buasir paip keluli berkisar dari 1.5 Untuk 3, bergantung pada kualiti kimpalan dan geometri.

Analisis tekanan dalam buasir paip keluli yang dikimpal

Pengagihan tekanan di sepanjang longgokan

Semasa memandu longgokan, Gelombang tekanan disebarkan sebagai nadi mampatan dari kepala longgokan ke hujung. Di kimpalan, Gelombang menghadapi ketiadaan, membawa kepada refleksi dan penghantaran separa. Gelombang yang dicerminkan dapat menghasilkan tegangan tegangan, Terutama jika kimpalan berhampiran hujung longgokan atau di kawasan ketidakcocokan impedans yang tinggi.

Pertimbangkan timbunan paip keluli dengan kimpalan lilitan (kimpalan circumferential menyertai dua bahagian). Impedans z longgokan diberikan oleh:

Ketidakcocokan dalam impedans di kimpalan (cth., Kerana manik kimpalan yang lebih tebal atau perbezaan bahan dalam haz) menyebabkan refleksi gelombang. Pekali refleksi r adalah:

Di mana z₁ dan z₂ adalah impedans di kedua -dua belah kimpalan. N bukan sifar menunjukkan refleksi separa, Menyumbang kepada tegangan tegangan yang dapat memulakan retak di kimpalan.

Kepekatan tekanan pada kimpalan

Kehadiran kimpalan meningkatkan tekanan tempatan kerana kekurangan geometri dan bahan. Untuk kimpalan lilitan, Kepekatan tekanan paling ketara pada kaki kimpalan, di mana peralihan antara logam kimpalan dan bahan asas berlaku. Analisis unsur terhingga (FEA) kajian menunjukkan bahawa SCF di kaki kimpalan boleh setinggi 2.5 untuk kimpalan manual biasa, dan sehingga 3.0 untuk kimpalan dengan pemotongan yang ketara atau tidak sepadan.

Jadual 1 Memberi nilai SCF biasa untuk keadaan kimpalan yang berbeza dalam buasir paip keluli, berdasarkan kajian empirikal dan berangka.

Tekanan sisa dari kimpalan

Kimpalan memperkenalkan tekanan sisa kerana kitaran haba pemanasan dan penyejukan. Tekanan ini biasanya tegangan di kimpalan dan haz, seimbang dengan tekanan mampatan di bahan asas sekitar. Untuk kimpalan lilitan dalam longgokan paip keluli, Tekanan sisa puncak dapat mendekati kekuatan hasil keluli (cth., 350-500 MPa untuk gred biasa seperti S355).

Semasa memandu longgokan, Sisa ini memberi tekanan kepada tekanan dinamik, Berpotensi mendorong tekanan melebihi hasil bahan atau kekuatan tegangan muktamad. Tekanan gabungan σ_Jumlah boleh dianggarkan sebagai:

Di mana σ_dinamik Adakah tekanan dari tumpukan memandu, dan σ_sisa adalah tekanan sisa yang sedia ada. Jika_Jumlah melebihi had keletihan bahan, permulaan retak menjadi mungkin.

Pemodelan berangka kesan kimpalan

Analisis Unsur Terhingga (FEA) Pendekatan

Untuk mengukur pengaruh kimpalan pada tekanan semasa memandu longgokan, Analisis unsur terhingga (FEA) digunakan. Model FEA biasa merangkumi komponen berikut:

1. Geometri: Model 3D longgokan paip keluli dengan kimpalan lilitan, termasuk manik kimpalan, Haz, dan bahan asas.
2. Sifat Bahan: Tingkah laku plastik elastik untuk keluli, dengan sifat yang berbeza untuk logam kimpalan dan haz.
3. Syarat sempadan: Beban dinamik yang digunakan di kepala longgokan untuk mensimulasikan kesan tukul.
4. Ketidaksempurnaan kimpalan: Dimodelkan sebagai ketekalan geometri (cth., Bawah) atau kecacatan bahan (cth., mengurangkan ketangguhan dalam haz).

Kajian kes: FEA longgokan paip keluli yang dikimpal

Pertimbangkan timbunan paip keluli dengan sifat berikut:

• Diameter: 1.2 m
• Ketebalan dinding: 25 mm
• bahan: S355 Steel (kekuatan hasil 355 Mpa, kekuatan tegangan muktamad 510 Mpa)
• Jenis kimpalan: Kimpalan Girth, manual, dengan sedikit kurang potong (Scf = 2.5)

Tumpukan itu didorong ke dalam lapisan pasir sederhana padat menggunakan tukul 10 tan dengan halaju kesan 4 m/s. Model FEA menggunakan solver eksplisit dinamik untuk mensimulasikan penyebaran gelombang tekanan.

Hasilnya

1. Pengagihan tekanan: Tekanan dinamik maksimum di longgokan jauh dari kimpalan adalah lebih kurang 450 Mpa (mampatan). Di kaki kimpalan, tekanan puncak di 1125 MPA kerana SCF 2.5.
2. Refleksi gelombang: Kimpalan menyebabkan a 15% Refleksi gelombang tekanan, membawa kepada tekanan tegangan 70 MPA sejurus selepas nadi mampatan.
3. Implikasi Keletihan: Sifat kitaran memandu longgokan (Beribu -ribu pukulan tukul) mendorong kerosakan keletihan, dengan kaki kimpalan menjadi lokasi yang paling lemah kerana kepekatan tekanan tinggi.

Jadual 2 meringkaskan keputusan FEA untuk keadaan kimpalan yang berbeza.

Kajian Parametrik

Kajian parametrik dijalankan untuk menilai pengaruh geometri kimpalan, sifat bahan, dan keadaan memandu dengan tekanan. Penemuan utama termasuk:

1. Geometri kimpalan: Profil kimpalan yang licin (cth., tanah siram) Kurangkan SCF dan meningkatkan kehidupan keletihan sebanyak 50-100%.
2. Sifat Bahan: Ketangguhan yang lebih tinggi dalam haz (cth., dicapai melalui rawatan haba pasca kimpalan) mengurangkan risiko permulaan retak.
3. Keadaan memandu: Halaju kesan yang lebih rendah mengurangkan tekanan puncak tetapi boleh meningkatkan bilangan pukulan yang diperlukan, Berpotensi memburukkan kerosakan keletihan.

Tingkah laku keletihan di kimpalan semasa memandu longgokan

Mekanisme keletihan

Memandu longgokan sememangnya kitaran, dengan setiap tamparan tukul mewakili kitaran tekanan. Kimpalan sangat terdedah kepada keletihan kerana:

1. Kepekatan tekanan tinggi: Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, SCF di kimpalan menguatkan julat tekanan.
2. Tekanan Baki: Tegasan sisa tegangan menurunkan ambang tegasan min untuk permulaan retak.
3. Kebolehubahan bahan: HAZ sering mengurangkan rintangan keletihan akibat perubahan mikro.

Kehidupan keletihan n sendi yang dikimpal boleh dianggarkan menggunakan pendekatan lengkung s-n:

Di mana:

• Ds: Julat tekanan (Mpa)
• C: Pekali kekuatan keletihan (bergantung kepada bahan)
• m: Eksponen Keletihan (biasanya 3-5 untuk kimpalan keluli)

Untuk kimpalan biasa dalam keluli S355, C mungkin 100 Mpa, dan m = 3. Dengan pelbagai tekanan 200 Mpa (Memandangkan tekanan dinamik dan sisa), hayat keletihan adalah lebih kurang 125,000 kitaran, yang mungkin melebihi keadaan memandu keras.

Pengaruh ketidaksempurnaan kimpalan

Ketidaksempurnaan kimpalan seperti kurang, keliangan, atau kekurangan gabungan bertindak sebagai pemula retak, mengurangkan kehidupan keletihan dengan ketara. Sebagai contoh, kimpalan bawah dengan scf 3.0 dapat mengurangkan kehidupan keletihan dengan urutan magnitud berbanding dengan kimpalan yang sempurna, Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2.

Implikasi praktikal dan strategi mitigasi

Kawalan kualiti kimpalan

Untuk meminimumkan kesan buruk kimpalan pada tekanan semasa memandu longgokan, Kawalan kualiti yang ketat adalah penting:

1. Pemeriksaan kimpalan: Gunakan ujian yang tidak merosakkan (NDT) Kaedah seperti ujian ultrasonik untuk mengesan kecacatan.
2. Geometri kimpalan: Kimpalan mengisar untuk mengurangkan kepekatan tekanan.
3. Rawatan haba pasca kimpalan (Pwht): Sapukan PWHT untuk melegakan tekanan sisa, terutamanya untuk buasir berdinding tebal.

Pertimbangan Reka Bentuk

Pereka dapat mengurangkan masalah berkaitan kimpalan oleh:

1. Mengoptimumkan penempatan kimpalan: Kedudukan kimpalan jauh dari kawasan tekanan tinggi, seperti berhampiran hujung longgokan di mana refleksi paling kuat.
2. Memilih jenis kimpalan: Gunakan kimpalan pantat penuh penembusan dan bukannya kimpalan fillet untuk pemindahan beban yang lebih baik.
3. Pemilihan Bahan: Pilih gred keluli dengan ketangguhan yang tinggi dan rintangan keletihan untuk haz.

Teknik Memandu

Melaraskan Teknik Memandu Tumpukan juga boleh mengurangkan tekanan pada kimpalan:

1. Tenaga kesan yang lebih rendah: Gunakan pukulan tukul yang lebih kecil untuk mengurangkan tekanan puncak, Walaupun ini meningkatkan bilangan kitaran.
2. Kusyen: Menggunakan kusyen longgokan untuk melembapkan tenaga kesan, mengurangkan amplitud gelombang tekanan.
3. Pemantauan: Gunakan pemantauan longgokan dinamik (cth., Pile Drive Analyzer) Untuk mengukur tekanan dalam masa nyata dan menyesuaikan parameter memandu.

Jadual 3 meringkaskan amalan yang disyorkan untuk mengurangkan masalah tekanan berkaitan kimpalan.

Kajian kes

Kajian kes 1: Yayasan Turbin Angin Luar Pesisir

Yayasan turbin angin luar pesisir menggunakan buasir paip keluli diameter besar (2 m diameter, 30 ketebalan dinding mm) didorong ke dasar laut berpasir. Tumpukan dilanjutkan menggunakan kimpalan lilitan. Semasa memandu, Keretakan diperhatikan di beberapa kimpalan, dikaitkan dengan kepekatan tekanan tinggi (SCF ~ 2.8) dan tegangan tegangan (~ 400 MPa). FEA mendedahkan tekanan puncak pada kaki kimpalan melebihi 1000 Mpa. Mitigasi melibatkan pengisaran kimpalan siram dan memohon PWHT, yang mengurangkan scf ke 1.5 dan menghapuskan retak.

Kajian kes 2: Yayasan jambatan di tanah liat keras

Projek Yayasan Jambatan menggunakan buasir paip keluli (1 m diameter, 20 ketebalan dinding mm) didorong ke tanah liat keras. Kimpalan menunjukkan kerosakan keletihan selepas 8000 pukulan, dengan keretakan yang memulakan haz. Pemantauan dinamik menunjukkan tegangan tegangan 80 MPA disebabkan oleh refleksi gelombang di kimpalan. Menyesuaikan tenaga tukul dan menggunakan kusyen longgokan mengurangkan julat tekanan dengan 25%, Memperluaskan kehidupan keletihan dengan cukup untuk menyelesaikan memandu tanpa kegagalan.

Kesimpulan

Kimpalan dengan ketara mempengaruhi tingkah laku tekanan tumpukan paip keluli semasa memandu longgokan, terutamanya melalui kepekatan tekanan, Tekanan sisa, dan kesan refleksi gelombang. Faktor kepekatan tekanan pada kimpalan dapat menguatkan tegasan dinamik sebanyak 1.5-3.5 kali, Walaupun tekanan sisa dari kimpalan menonjolkan beban ini, Meningkatkan risiko keletihan dan retak. Pemodelan berangka, seperti FEA, menyediakan alat yang berkuasa untuk mengukur kesan ini, Menegaskan tekanan puncak pada jari kaki kimpalan yang sering melebihi kekuatan hasil bahan. Analisis keletihan menunjukkan bahawa kimpalan adalah lokasi yang paling lemah untuk permulaan retak, terutamanya dengan kehadiran ketidaksempurnaan seperti pemotongan atau misalignment.

Strategi Mitigasi Praktikal, termasuk kualiti kimpalan yang lebih baik, Teknik memandu yang dioptimumkan, dan pertimbangan reka bentuk yang teliti, dapat mengurangkan kesan buruk kimpalan. Kajian kes menunjukkan bahawa strategi ini berkesan dalam aplikasi dunia nyata, Memastikan integriti struktur buasir paip keluli dikimpal di bawah keadaan memandu longgokan yang keras.

Catatan Berkaitan

pengeluar paip keluli yang dikimpal | SSAW | EKAR | LSAW | SMLS

Kami juga membekalkan produk di bawah: Paip/Tiub Keluli Karbon & Paip/Tiub Keluli Tahan Karat (lancar & Paip Keluli Dikimpal seperti ERW,LSAW dan SSAW);

Cerucuk Paip Keluli / Cerucuk Kepingan Paip Keluli

Cerucuk paip keluli dan cerucuk kepingan paip keluli telah menemui aplikasi yang meluas dalam pelbagai projek pembinaan, termasuk pelabuhan/pelabuhan, kejuruteraan awam bandar, jambatan, dan banyak lagi. Cerucuk serba boleh ini digunakan dalam pembinaan jeti, tambak laut, pemecah ombak, dinding penahan tanah, cofferdams, dan asas untuk asas cerucuk kepingan paip keluli. Dengan peningkatan saiz struktur, kedalaman air yang lebih dalam, dan kerja pembinaan di tapak dengan tanah lembut yang dalam, penggunaan cerucuk paip keluli dan cerucuk kepingan paip keluli telah berkembang dengan ketara.

Pembinaan Cerucuk Paip Keluli

Penyediaan Tapak: Sebelum pemasangan, tapak pembinaan disediakan dengan membersihkan kawasan dan membuang sebarang halangan. Keadaan tanah dinilai untuk menentukan jenis dan spesifikasi cerucuk paip keluli yang sesuai. Pemanduan Cerucuk: Cerucuk paip keluli didorong ke dalam tanah menggunakan tukul impak atau pemacu getaran. Cerucuk dijajarkan dengan teliti dan diletakkan di lokasi yang ditetapkan. Proses pemanduan menghasilkan getaran dan impak yang membantu menembusi tanah dan mencapai kedalaman yang diingini.

Kuasa Skrin Perigi Keluli Tahan Karat – Wira Tak Didendang di Bawah

Skrin telaga air wayar berbentuk vee slot berterusan dihasilkan oleh dawai berbentuk v atau baji di sekeliling susunan dalaman rod sokongan membujur. Setiap titik bersilang wayar ini dikimpal gabungan. Wayar profil berbentuk v atau baji melilit pada batang sokongan sepanjang skrin penuh mewujudkan pembukaan slot berterusan, oleh itu skrin membenarkan air (Minyak) untuk memasuki telaga anda dengan bebas dalam kuantiti yang banyak, manakala pada masa yang sama memastikan sebahagian besar pasir dan kerikil keluar dari telaga.

Klasifikasi Cerucuk Paip Keluli Berdasarkan Penghantaran dan Sifat Kefungsian

Buasir mempunyai penggunaan mudah dan dapat dengan mudah dipotong hingga panjang yang dikehendaki. Boleh didorong dari hujung ke hujung lapisan padat. Boleh didorong keras dan sangat panjang. Boleh mengangkat beban berat.

Bagaimanakah Paip Industri Berbeza Daripada Paip Hiasan ?

Tiub hiasan keluli lebih kepada gaya. Mereka datang dalam pelbagai jenis, macam biasa, tiub timbul dan berwarna. Membuatnya adalah mudah, menawarkan pelbagai pilihan. Jadi, jika anda ingin merapikan ruang anda dengan tingkap anti kecurian, pengadang tangga atau susur tangan, tiub ini adalah cara untuk pergi. Paip keluli hiasan adalah nipis dan sesuai untuk hiasan seni bina dan barangan keluli seni hiasan awam. Memilih yang betul daripada pembekal paip industri yang boleh dipercayai boleh membuat semua perbezaan. Melihat Paip Keluli Perindustrian Sekarang, di sisi lain, kami mempunyai paip keluli industri, tulang belakang operasi. Paip ini bukan tentang rupa; mereka tentang menyelesaikan sesuatu dalam tetapan industri. Gambarkan sistem bahagian yang bersambung yang menggerakkan cecair, gas atau zarah halus. Paip industri boleh membentuk bahan seperti aluminium, besi, titanium, Dan, sudah tentu, keluli.