Хүйтэн хатууруулалт (хүйтэн хатууруулалт) үзэгдэлтэй төвөгтэй бүтцүүдийн хувьд хүйтэн орчинд яаж ажиллах вэ?

Ган бүтцүүдийн хүйтэн хатууруулалтын шинжлэх ухаан

Дуктиль-хатууруулалт хүртэлх шилжилт — температур микроструктурын йоцоолыг хэрхэн өөрчлөх вэ

Хүчилтөрөгчийн бүтцүүд хөлдөх цэгт бүүр доорх их хүйтэн температурт үлдмүүр, тэрдүүн дуктиль-хатуу шилжилт (DBT) гэж нэрлэгдэх үзэлд орж, түүнд үлдмүүр. Ихэнх бүтцүүдийн гуурсан хүчилтөрөгч нь бие-төвд кубик (BCC) ферритаас бүрдмүүр, температур хүйтнэрхүүр атомын хөдөлгөөн багасмүүр, уучир халуун энергия хүртэл хүртмүүр. Түүнээс болж дислокацийн металлын дотор хөдөлгөөн хүнд болмүүр, үүнээс хүчилтөрөгч дуктиль деформацийн чадварыг алдмүүр. Үр дүн? Хүчилтөрөгчийн гагнуурт төвдөх чадварын илт үлдмүүр. Туршилтууд үзүүлмүүр, хүчилтөрөгчийн хүчлүүр хүлээлт нь өдөр тутамд 20°C-с -40°C-р хүйтнэрхүүр 80% илт буумүүр. Дараа нь яах вэ? Бага хоосон зай үүсмүүр, түүнүүд холбогдмүүр (дукиль гагнуурт), харин хүчилтөрөгч мөртөн хатуу гагнуурт — клеваж гагнуурт — гэтэл хүчилтөрөгч сүүдэрт үлдмүүр, трещины тархалт хурдан, анхны шинжүүд бараг үлдмүүр. Түүнээс арктик бүснүүдийн барилга, зүүнүүд хэвийн ачаалалд ч барилгын гагнуурт үлдмүүр. Сонирхолтой нь, хүчилтөрөгчийн бүтцүүдийн зүүнүүдийн зүүнүүд нь түүний шилжилт температурт үлдмүүр. Хүчилтөрөгчийн дэлгэрт хүчтүүд, хүчтүүд үлдмүүр.

Түүнд хамаарах бүтээдийн гурил зэлсүүдийн шүүлт температурын утга (ASTM A572, A992, A36)

Гурил зэлсүүдийн хувьд түүний хөвчлөг-харанхуй шилжилтийн температурын хязгаар (DBTT) нь түүний хүйтэн нөхцөлд яаж ажиллахыг үндсэн хувьд тодорхойлдог, иймд түүн дээр хүчтэрүүлсэн гурил зэлсүүдийн үзүүлэлтүүд нь их хооронд ялгаатай байдаг. Жишээлбэл, ASTM A36 карбон гурил зэлсүүд. Түүний тухайн сорт нь цагаан ус хөлдөх температурт харанхуй болдог, DBTT хязгаар нь ерөнхийдөө минус 20°C-с нулль градус Цельсийн хооронд оршдог. Гэтдэ, ASTM A572 50-р сорт ба A992-р сорттой хүчтэрүүлсэн бага хийлдүүрт гурил зэлсүүдийн тохиолдолд бүр өөр байдаг. Түүн дээр түүний хөвчлөг чанар нь бүр доод температурт — минус 30°C-с минус 45°C-ийн хооронд — хадгалагддог. Учир нь үйлдвэрлэл үед үйлдвэрлэгчид тосгоны хэмжээг багасгагч нэмэлт элементүүд нь нэмдэг. A572-д ванадиум, A992-д ниобиум нэмдэг, та нарын хүйтэн нөхцөлд аюултай трещинүүдийн үүсэлд саад тавидаг.

Хүйтэн агаарт ажиллах үед материалдын зузаан нь үнэнхүү чухал үүрэг гүйцэтгэнэ. Жишээлбэл, A36 ган цавчидын хувьд 10 мм орчим зузааны нарийн цавчид –15°С температурт төдийлүүн төвөгтүй ажиллах чадвартай, харин 50 мм зузааны цавчид –5°С-т л хагарж магадгүй. Бид бүтэц дээрх газар бүрт, жишээлбэл, холбогч хоолойн төвгөрүүд эсвэл болтын нүхнүүд дээр илрүүлдэг бага хэмжээний хүчдлийн цэгүүд? Түүдүүд дуктиль-хрупкийн шилжилтийн температурыг (DBTT) 10–15°С хооронд дээшлүүлдэг. Эдгээр хүчин зүйлсийн улмаас AISC 360-22 барилгын норматив бүтцийн дүрэмд инженерүүд бүтцийн тусгай ажиллах температурт Чарпи V-ховилын туршилт хийх шаардлагатай гэж заасан. Энэ нь бүтцүүд үүрд үл таамаглагдмуйн нөхцөлд гэнэт разрушитьсяс үлдмүйн хамгаалахад тусалдэг.

Бодит аюул: Хүйтнүүд доорх бүтцийн бат бүтэн байдал ба барилгын суурьлуулалтын аюулгүй байдал

Температуры хөлдөх цэгт бүр дүүрэн унаж, бүтцүүд нь материалдын хатуулагийн тухайд хичээлд заагдаж буйгаас илүү аюулд өртмүүр. Практикт гурван гол асуудал онцлог шинжтэй: материалын хүчдлүүд хүйтнэрхүүд, холбогч болтын хүчдлүүд хугацааны дагуу сулархүүд, компонентүүд зөвхөн бүтцүүдийн төвд бүрдүүлснээс хазайхүүд. Ган бүтцүүдийн хувьд температурын 10 градус Цельсийн унажилд ойролцоогоор 0.003% сужирхүүд. Минус 30 градус Цельсийн температурт бидний найдварын үндсэн болтүүд хүчдлүүдийн 15–25%-ийг алдаж, түүн дагуу хэсгүүд хүрэлцэтгүүд хүртэл гулзайж эхэлд. Асуудал нь урт хүрэлцэтгүүд дагуу хүчдлүүд төрөл бүрийн хэмжээгүүр сужирхүүд үед илүү ноцтой болд. Бид 30 метр урт бүтцүүд дагуу хазайлт 15 миллиметрт хүртэл накопулацлан үүсдийг ажигласан. Энэ нь аюултай хүчдлүүдийн цэгүүдийг үүсгэд, түүн дагуу бүтцүүдийн барилгын үед түр дэмжлүүд бүрдүүлснээс хойш илүү ноцтой болд, түр дэмжлүүд нь бүтцүүдийн төвд бүрдүүлснээс хойш илүү ноцтой болд.

Дулааны сужирхүүд, болтот холбогчүүдийн ажиллах чадвар, хазайлт

Температуры буурхад дулааны сулрал нь үүрд хэвийн холболтын цэгүүд бөөртүүн аюултай газрууд болой, аюул үүсгэх хүлээж буй төлөвд орой. Нүүрт төмөр болтын хөндлөн чигт хугарах чадвар нь хасах 20 градус Цельсийн температурт ойролцуй 40% буурой, үүнээс шалтгаалан үүрд хэрэглэдэг хүчнүүд нь зүйлсийг тархаж, хагалж хаях бага хүчнүүд болой. Бодит ажиглалтууд үзүүлж буй нь ASTM A36 төмөр балкасны фланец холболтын хавтгай нь хүйтэн улирт (0 градус Цельсийн доор) дулаан улирт бүүрт харьцуулан ойролцуй 30% илүү гулзаймуй. Өөр нэг аюул нь төмөр балкаснууд ба бетон сууринууд хүйтний нөхцөлд ялгаатай хэмжээгүүр хуурхад (эсвэл хуурхадгүй) үүсгэдэг. Энэ тааралдахгүй бүтэц нь сүүдэртүүн хүчнүүд үүсгэдэг, үүнээс анкер болтын дээр хэт их хүч үйлчилой. Эдгээр нийлмүүлсэн үйлдлүүд нь инженерүүдийн хувьд хүйтэн улирт бүтцийн бүтэн бүтэцтүүнийг хамгаалахын тулд хүчтэй хяналт тавих ёстой хоёр гол аюул үүсгэдэг.

• Бүтцийн босгох үеийн хүнд : Дулааны сулрал нь ачааллын замыг дахин зохион бүтээдэг, үүнээс хэсгийн хүчдүүрт босгох үед бүтцүүд өөрсдийн жингийн под нь хүндлүүрт бүүрт.
• Үйлдлийн хугацаанд үүсгэдэг хүнд давтамжит дулааны хөдөлгөөн нь бүхэлд нь холбогч холбоосын цацрагт трахеи үүсгэнд

Хүртэл 20°C-т хэмжигдсэн деталд нь хөлдөх температурт зугаарахдаа үл ялгаатай хурдтай арилж, нарийн нарийвчлалт төвтөшлүүр хийх боломжгүй болд; түүн дагуу ASCE 37-22 стандартын шаардлагыг дурсуулд — өвөл уртасгах үед үүрд хүртэлх температурт төвтөшлүүр шалгах.

Талбарт тохиолдсон үйл явдлууд: Север Америк ба Арктик төслүүдэд баталгаажуулж бүртгэсэн хөлдөх хатуулагдлын гэмтлийн тохиолдлууд

Эдгээр онолын үндсийг бодит дүрсжүүлэлтүүд баталж. Жишээ нь, 2022 онд Канадад -38 градус Цельсийн температурт цасны унтах төвшид нөөц хуурцагаа дуудаж унасан үйл явдал. Асуудал юу байлаа? ASTM A992 стандартын хүчлүүр хүүрдүүрүүд болтны нүхнүүд дээр шүүрдүүр хугарж. Дараа нь металлургичид түүнийг хагарлын хугарал гэж тодорхойлж, үүн нь материалууд экстремаль хүйтэнд харилцан адилтгах чадвараас харилцан адилтгахгүй чадвар руу шилжих үед яг үүн л бүтдэг. Бид Алескад төсөөт нөхцөлд сүүдэр үйл явдал харж, гэтэдүүр түүнээс хоёр жил өмнө, 2019 онд. Түүнд газрын дотогш хөндлөн хоолойн тулгуурууд хугарж, металл зүйлс дуудаж хөрөх аялалд төвшид нөөц хуурцагаа дуудаж унасан үйл явдал. Холбогдож буй холбоосуудын 30%-с илүү нь хүчлүүр хүүрдүүрүүд болтны нүхнүүд дээр шүүрдүүр хугарж. Хоёр тохиолдолд харж буй зүй тогтноо нь тодорхой: юу бүтдэг.

Эдгээр хөнгөвчлөлтүүд нь хойд бүсийн инженерийн норматив баримт бүтээлд үйлдэх температурт (зөвхөн стандарт таталт нөхцөлд биш) нэмэлт Чарпи шинжилгээ хийхийг шаардаж байгаа.

Дунд зууны дотоод нөхцөлд ган бүтээлүүдийн хувьд баталгаажуулсан саархалт стратегийн арга

Урьдчилан халуундагуур, хяналттой хадгалуур ба ASCE 37-22-ийн дагуу бүтээл үйлдвэрлэл ба бүтээл суулгах

Гуурсан холбогчийн өмнө гуурсан хэсгүүдийг дулааныг үүрд нь халдах нь түүний хөхрөл хурдыг удаашруулж, уурын ба дулааны шоккоос үүсэх хагаралтүүдийг саатгаж өгдөг. Энэ нь температур -20°C (-4°F)-аас доошоо унах үед онцгой чухал ач холбогдолтой. Бүтээлд хэрэглэж буй хэсгүүдийг дулаан байлгах нь мөн утга санаа оршин байдаг. Түүнийг дулааныг үүрд нь хадгалж, бүх процессын турш материал DBTT-ийн чухал хязгаарын дээр байхыг хангаж өгдөг. ASCE 37-22 стандартууд бүтээлд хийгдэж буй ажилд орчин нөхцлүүдийг тасралтгүй хяналд байлгахыг, мөн нарийн дулааныг хүчдүүдийн загварыг хэрэглэхийг шаардаж өгдөг. Эдгээр заавруудыг дагаж ажилладаг гүйцэтгэгчид нь материалын хувиралт ялгаатай хурдтай явагдаж, холбогчийн зүүн тааралдах асуудлын тоо резко буурдаг. Өнгөрсөн жилийн «Структур инженерийн судалгаа» сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгааны үр дүнд тулгуурлан, эдгээр заавруудыг дагаж ажилласан бүтээлд болт холбогчийн холбоосын асуудлын тоо хүйтэн цагт 60% буурдаг. Хамгийн сайн үр дүнд хүрэхийн тулд талбай дээр олон дулааныг үүрд нь бүсүүд бүүрдүүлж, температурыг бодит цагт хяналд байлгаж, бүх зүйлс бүртгэлд хамгийн нарийн бүртгэлд орж үлддөг.

Адаптиран шинжилгээний протоколууд: Дуулийн ба Чарпи шинжилгээ бүүрхүүл температурт

Хүйтэн доош үед ажиллахдаа стандарт БНТ-ийн техник нь хүчин төгөлдөр байхын тулд онцгой тохируулга хийх шаардлагатай. Charpy V-notch туршилтын хувьд бид жижиглэгчийг бодит үйл ажиллагааны температурт нь нөхцөл болгож, материал бүрийн төрөлд онцлогтой найдвартай хагалганы мэдээллийг авдаг. ASTM E23 стандартын дагуу материалууд хүйтэн орчинд ажиллахад эрчим хүчний хамгийн бага шингээлт шаардлагыг бууруулдаг. Ультра дууны шинжилгээний тусламжтайгаар орчин үеийн тоног төхөөрөмжүүд нь дулаан долгионы хэлбэр нь хүйтэнээс улам эвдэрч байгаа цахилгаан зэвсгийн дулаан дамжин өнгөрөхүйц байдлыг тодорхойлох температурын нөхөн төлбөрийн функцтэй байдаг. Одоогийн байдлаар гарчигтай системүүд нь техникчдэд арктикийн хатуу нөхцөлд ч гэсэн хайгуулыг газар дээр нь баталгаажуулах боломжийг олгож байна. Газарны туршилтаар эдгээр өөрчлөлт орсон хэт дасгалын арга нь ASTM A572 төмрийн хүдрийн давхаргын температурт байнга лабораторийн туршилтаас гурван дахин хурдан жижиг халаалтыг илрүүлж чадна. Гэхдээ үлгэрт тохируулалт маш чухал гэдгийг санаарай. Хэрэв тэднийг бодит хүйтэн уур амьсгалын нөхцөлд авч байгаагүй бол энэ бүтцийг ашиглах болно гэж үзвэл стандарт лабораторийн үр дүнг бүү итгэ.

Хүйтэн хатууруулалтыг саархуулахын тулд дизайн ба техникийн шаардлагын зөвхөн хамгийн сайн практикт ашиглагддаг арга замууд

Хүйтэн үед эвдэрдэггүй байхын тулд материалыг сайтар сонгож, температурын нөлөөг харгалзан эд ангиудыг бүтээх хэрэгтэй. Хүйтэн нөхцөлд ажиллах барилга байгууламжууд дээр ажиллахдаа эдгээр гол холбох цэгүүдэд ASTM A572 50 зэрэглэл, A913 зэрэглэлтэй хатуу тугалганы шилдэг нь зүйтэй. Эдгээр зэс нь 20 градус дундаас доош температур унасан ч эвдэрэлд сайн тэсвэртэй байдаг. Мөн жижигхэн өнцөгтэй, жижигхэн хэсэгт гүнзгийрэх өөрчлөлт гарч болзошгүй. Цугласан шилжилт хийх, радиусын хэмжээ нь материалын нягтралтай харьцуулахад дарамтыг түгээж, дарамт үүсэх газарт жижигхэн сацаг үүсэхээс сэргийлэхэд тусалдаг. Үйлдвэрлэлийн ажлын үеэр 25 мм-ээс том хавтан нь хэлбэржүүлэх эсвэл элсэхээс өмнө дор хаяж 150 градус Целзийд урьдчилан халаах шаардлагатай. Энэ алхам нь маш чухал, учир нь энэ нь материалыг үйлдвэрлэлийн процессын дарамтад тусаж чаддаг. Эдгээр бүх зүйлийг тодорхойлоход хамруулсан гүйцэтгэгчид өвлийн барилга байгууламжийн төслүүдэд зориулсан ASCE 37-22 стандартын зөвлөмжийг дагаж, худалдан авах үеэс эхлэн бодит суурины үед материалын зан үйл хэрхэн байдгийг бодох ёстой тул нийт дүнгээ илүү сайн авч чаддаг.

Түгээмэл асуулт

Аталгын хувьд хатуу-хатуу хэлбэрээр өөрчлөгдөх явц гэж юу вэ?

Хөдөлгөөнт-хөдөлгөөнт шилжилт нь зэс нь түүний хөхүүлт байдлыг алдаж, бага температурт хөхүүл болдог үзэгдэл юм. Энэ өөрчлөлт нь атомын хөдөлгөөнийг бууруулж, халдвар нь хөдөлгөөнд хэцүү болж, цаашид цаасыг эвдэхэд илүү өртөх болсонтай холбоотой.

Хүйтэн цаг агаар нь цамхаг байгууламжид хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

Хүйтэн цаг агаар нь цамхаг бутлуурыг ухрах, буудалд хүргэх, болтнуудын хурц байдлыг бууруулах шалтгаан болдог. Энэ нь эвдрэлтэй хагалга, ургамалтай холбоотой дарамтын мэдрэмж нэмэгдсэнээс болж бүтцийн бүтцийн бүтэлгүйтэлд хүргэж болно.

Агаарын байгууламж хүйтэнээр эвдэрч болохгүй гэж юу вэ?

Стратеги нь зөөхээс өмнө цамхагийн хэсгүүдийг урьдчилан халаах, материалын температурыг хадгалахын тулд зохих хадгаламж ашиглах, эвдрэлгүй туршилтын тохируулсан протокол ашиглах зэрэг юм. Хүйтэн үед хатуутай төмөрлөгийн ангиллыг ашиглах, дулаан нөлөөг тооцох нь мөн хүйтэн үед хатууг бууруулахэд тусалдаг.