Durante a fabricação de peças forjadas termoelétricas, a geração de tensões residuais é quase inevitável. Essas tensões são causadas por deformações heterogêneas e resfriamento do material durante o processo de fabricação. Se essas tensões não forem efetivamente controladas, elas podem afetar negativamente as propriedades e a vida útil das peças forjadas. Assim, torna-se de extrema importância a análise e o controle das tensões residuais na fabricação de peças forjadas termoelétricas.
Análise de tensões residuais
Causas de tensões residuais
No processo de fabricação de forjamento termoelétrico, tensões residuais surgem principalmente devido às seguintes razões:
(1) deformação desigual: no processo de forjamento, devido à deformação plástica desigual do material, o grau de deformação do material em diferentes partes é diferente, resultando em tensão interna.
(2) processo de resfriamento: após a conclusão do forjamento, o forjamento produzirá estresse térmico durante o processo de resfriamento devido à diferença de temperatura em diferentes partes.
Distribuição de tensões residuais
A distribuição das tensões residuais em forjamentos termoelétricos é complexa e é influenciada por diversos fatores, como propriedades do material, processo de forjamento e condições de resfriamento. Em geral, as tensões residuais estão presentes na superfície e no interior da peça forjada, além disso, em algumas partes podem ocorrer concentrações de tensões.
Efeitos das tensões residuais
As tensões residuais têm um impacto importante no desempenho e na vida útil das peças forjadas termoelétricas. Em primeiro lugar, as tensões residuais podem causar deformação ou rachaduras em peças forjadas durante o serviço. Em segundo lugar, as tensões residuais também podem afetar a vida à fadiga e a resistência à corrosão das peças forjadas. Portanto, um controle efetivo das tensões residuais é extremamente necessário.
Para controlar as tensões residuais na fabricação de peças forjadas termoelétricas, várias abordagens podem ser tomadas:
Melhore a qualidade da matéria prima: aperfeiçoando a composição química e a estrutura da microestrutura, melhore a plasticidade e a tenacidade do material e reduza a desigualdade da deformação durante o forjamento.
Processo de forjamento otimizado: através do design razoável do processo de forjamento, a deformação do material não é uniforme. Por exemplo, métodos como forjamento multidirecional ou forjamento de vários estágios podem ser usados.
Adição de tensões aplicadas: as tensões residuais internas são equilibradas pela aplicação de tensões aplicadas durante o processo de forjamento ou após a conclusão do forjamento. Por exemplo, métodos como tratamento térmico ou carregamento mecânico podem ser utilizados.
Controle as condições de resfriamento: reduzindo o estresse térmico gerado durante o processo de resfriamento através do controle razoável da velocidade de resfriamento e do gradiente de temperatura. Por exemplo, métodos como resfriamento lento ou isotérmico podem ser utilizados.
No caso de uma turbina a vapor em uma usina termelétrica, a pá gera grandes tensões residuais durante o processo de fabricação. Através das análises, verificou-se que essas tensões são causadas principalmente por deformações heterogêneas e resfriamento do material durante o processo de forjamento. Para controlar essas tensões, várias abordagens são adotadas:
Processo de forjamento otimizado: o método de forjamento multidirecional é adotado para reduzir a deformação desigual do material.
Adição de tensão aplicada: após a conclusão do forjamento, a tensão aplicada é aplicada por um método de tratamento térmico para equilibrar as tensões residuais internas.
Controle as condições de resfriamento: o método de resfriamento lento é adotado para reduzir o estresse térmico gerado durante o processo de resfriamento.
Com a implementação dessas medidas, foi possível controlar com sucesso as tensões residuais nas pás das turbinas a vapor, melhorando o desempenho e a vida útil das pás.
A análise e controle de tensões residuais na fabricação de forjamentos termoelétricos é um trabalho de grande importância. A análise das causas e efeitos das tensões residuais permite a adoção de métodos de controle direcionados, por exemplo, melhoria da qualidade da matéria-prima, otimização do processo de forjamento, adição de tensões aplicadas, etc. Na aplicação prática, o método de controle adequado deve ser selecionado de acordo com a situação específica, considerando fatores como viabilidade técnica, economia e proteção ambiental. O desenvolvimento eficiente, de alta qualidade e sustentável na fabricação de forjamentos termoelétricos pode ser alcançado através da otimização contínua e melhoria dos métodos de controle.
