Naprężenia szczątkowe spawania są spowodowane nierównomiernym rozkładem temperatur spoin spowodowanym spawaniem, rozszerzalnością cieplną i kurczeniem się metalu spoiny itp., Zatem naprężenia szczątkowe nieuchronnie powstają podczas konstrukcji spawalniczych. Najpopularniejszą metodą eliminacji naprężeń szczątkowych jest odpuszczanie w wysokiej temperaturze, to znaczy spoinę umieszcza się w piecu do obróbki cieplnej, podgrzewa do określonej temperatury i utrzymuje ją w cieple przez określony czas. Granica plastyczności materiału ulega obniżeniu w wysokiej temperaturze, tak że w miejscach o dużych naprężeniach wewnętrznych następuje płynięcie plastyczne, stopniowo maleje odkształcenie sprężyste, a odkształcenie plastyczne stopniowo wzrasta w celu zmniejszenia naprężeń.
01 Wybór metody obróbki cieplnej
Wpływ obróbki cieplnej po spawaniu na wytrzymałość na rozciąganie i granicę pełzania metalu jest związany z temperaturą i czasem utrzymywania obróbki cieplnej. Wpływ obróbki cieplnej po spawaniu na udarność metalu spoiny różni się w zależności od rodzaju stali. Obróbka cieplna po spawaniu zazwyczaj obejmuje pojedyncze odpuszczanie w wysokiej temperaturze lub normalizowanie oraz odpuszczanie w wysokiej temperaturze. Do spoin spawanych gazowo stosuje się obróbkę cieplną normalizującą i odpuszczającą w wysokiej temperaturze. Dzieje się tak dlatego, że ziarna spoin spawanych gazowo i strefy wpływu ciepła są grube i wymagają rozdrobnienia, dlatego stosuje się obróbkę normalizującą. Jednak pojedyncza normalizacja nie może wyeliminować naprężeń szczątkowych, dlatego w celu wyeliminowania naprężeń wymagane jest odpuszczanie w wysokiej temperaturze. Pojedyncze odpuszczanie średniotemperaturowe nadaje się tylko do spawania montażowego dużych, zwykłych zbiorników ze stali niskowęglowej montowanych na miejscu, a jego celem jest częściowe wyeliminowanie naprężeń szczątkowych i odwodornienia. W większości przypadków stosuje się pojedyncze odpuszczanie w wysokiej temperaturze. Ogrzewanie i chłodzenie podczas obróbki cieplnej nie powinno być zbyt szybkie, a ściany wewnętrzne i zewnętrzne powinny być jednolite.
02 Metody obróbki cieplnej stosowane w zbiornikach ciśnieniowych
Istnieją dwa rodzaje metod obróbki cieplnej stosowane w zbiornikach ciśnieniowych: jedna to obróbka cieplna w celu poprawy właściwości mechanicznych; druga to obróbka cieplna po spawaniu (PWHT). W szerokim znaczeniu obróbka cieplna po spawaniu to obróbka cieplna obszaru spawania lub spawanych elementów po zespawaniu przedmiotu obrabianego. Konkretne treści obejmują wyżarzanie odprężające, wyżarzanie pełne, rozpuszczanie, normalizowanie, normalizowanie i odpuszczanie, odpuszczanie, odprężanie w niskiej temperaturze, obróbkę cieplną wydzieleniową itp. W wąskim znaczeniu obróbka cieplna po spawaniu odnosi się jedynie do wyżarzania odprężającego, to znaczy, aby poprawić wydajność obszaru spawania i wyeliminować szkodliwe skutki, takie jak naprężenia szczątkowe spawania, obszar spawania i powiązane części są równomiernie i całkowicie podgrzewane poniżej punktu 2 temperatury przemiany fazowej metalu, a następnie równomiernie chłodzone. W wielu przypadkach omawiana obróbka cieplna po spawaniu jest zasadniczo obróbką cieplną odprężającą po spawaniu.
03Cel obróbki cieplnej po spawaniu
1. Rozluźnij naprężenia szczątkowe podczas spawania.
2. Ustabilizuj kształt i rozmiar konstrukcji oraz zmniejsz zniekształcenia.
3. Popraw wydajność materiału macierzystego i połączeń spawanych, w tym: Popraw plastyczność metalu spoiny. B. Zmniejsz twardość strefy wpływu ciepła. C. Poprawić odporność na pękanie. D. Popraw wytrzymałość zmęczeniową. mi. Przywróć lub popraw granicę plastyczności obniżoną podczas formowania na zimno.
4. Popraw odporność na korozję naprężeniową.
5. Dalsze uwalnianie szkodliwych gazów do metalu spoiny, zwłaszcza wodoru, aby zapobiec występowaniu opóźnionych pęknięć.
04Ocena konieczności PWHT
W projekcie należy jasno określić, czy zbiornik ciśnieniowy wymaga obróbki cieplnej po spawaniu, a aktualne specyfikacje projektowe zbiornika ciśnieniowego zawierają wymagania w tym zakresie.
W przypadku spawanych zbiorników ciśnieniowych w obszarze spawania występują duże naprężenia szczątkowe i niekorzystne skutki naprężeń szczątkowych. Pojawiają się tylko pod pewnymi warunkami. Gdy naprężenie szczątkowe połączy się z wodorem w spoinie, będzie to sprzyjać twardnieniu strefy wpływu ciepła, powodując występowanie pęknięć zimnych i pęknięć opóźnionych.
Kiedy naprężenia statyczne pozostające w spoinie lub naprężenia dynamiczne podczas pracy pod obciążeniem połączą się z korozyjnym działaniem medium, może to spowodować korozję pękającą, zwaną korozją naprężeniową. Naprężenia szczątkowe spawania i twardnienie materiału podstawowego spowodowane spawaniem są ważnymi czynnikami powodującymi powstawanie pęknięć korozyjnych naprężeniowych.
Sprzęt spawalniczy Xinfa charakteryzuje się wysoką jakością i niską ceną. Aby uzyskać szczegółowe informacje, odwiedź:Producenci spawania i cięcia - chińska fabryka spawania i cięcia oraz dostawcy (xinfatools.com)
Wyniki badań pokazują, że głównym skutkiem odkształceń i naprężeń własnych w materiałach metalowych jest przemiana metalu z korozji równomiernej w korozję lokalną, czyli korozję międzykrystaliczną lub transkrystaliczną. Oczywiście zarówno pękanie korozyjne metalu, jak i korozja międzykrystaliczna występują w mediach o określonych właściwościach metalu. W obecności naprężeń szczątkowych charakter uszkodzeń korozyjnych może się zmieniać w zależności od składu, stężenia i temperatury ośrodka korozyjnego, a także od różnic w składzie, organizacji, stanie powierzchni, stanie naprężeń itp. materiału podstawowego i strefę spawania.
To, czy spawane zbiorniki ciśnieniowe wymagają obróbki cieplnej po spawaniu, należy określić na podstawie wszechstronnego rozważenia celu, rozmiaru (zwłaszcza grubości ścianki), właściwości zastosowanych materiałów i warunków pracy zbiornika. Obróbkę cieplną po spawaniu należy rozważyć w każdej z następujących sytuacji:
1. Trudne warunki eksploatacji, np. zbiorniki grubościenne narażone na ryzyko kruchego pękania w niskich temperaturach oraz zbiorniki przenoszące duże i zmienne obciążenia.
2. Spawane zbiorniki ciśnieniowe o grubości przekraczającej określony limit. W tym kotły, petrochemiczne zbiorniki ciśnieniowe itp., które mają specjalne przepisy i specyfikacje.
3. Zbiorniki ciśnieniowe o dużej stabilności wymiarowej.
4. Pojemniki wykonane ze stali o dużej skłonności do hartowania.
5. Zbiorniki ciśnieniowe zagrożone pękaniem korozyjnym naprężeniowym.
6. Inne zbiorniki ciśnieniowe określone w specjalnych przepisach, specyfikacjach i rysunkach.
W stalowych zbiornikach ciśnieniowych, w pobliżu spoiny powstają naprężenia własne osiągające granicę plastyczności. Powstawanie tego naprężenia związane jest z przemianą struktury zmieszanej z austenitem. Wielu badaczy zwraca uwagę, że w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych po spawaniu, dobre działanie na spawane stalowe zbiorniki ciśnieniowe może mieć odpuszczanie w temperaturze 650 stopni.
Jednocześnie uważa się, że jeśli po spawaniu nie zostanie wykonana odpowiednia obróbka cieplna, to nigdy nie uzyska się połączeń spawanych odpornych na korozję.
Powszechnie uważa się, że obróbka cieplna odprężająca to proces, w którym spawany przedmiot jest podgrzewany do temperatury 500-650 stopni, a następnie powoli chłodzony. Redukcja naprężeń spowodowana jest pełzaniem w wysokiej temperaturze, która zaczyna się od 450 stopni w stali węglowej i 550 stopni w stali zawierającej molibden.
Im wyższa temperatura, tym łatwiej jest wyeliminować stres. Jednakże, gdy pierwotna temperatura odpuszczania stali zostanie przekroczona, wytrzymałość stali ulegnie zmniejszeniu. Dlatego obróbka cieplna w celu odprężenia musi opanować dwa elementy, temperaturę i czas, i żaden z nich nie jest niezbędny.
Jednakże naprężeniom wewnętrznym konstrukcji spawanej zawsze towarzyszą naprężenia rozciągające i ściskające, a jednocześnie występują naprężenia i odkształcenia sprężyste. Gdy temperatura stali wzrasta, granica plastyczności maleje, a pierwotne odkształcenie sprężyste staje się odkształceniem plastycznym, czyli relaksacją naprężeń.
Im wyższa temperatura ogrzewania, tym pełniejsza jest eliminacja naprężeń wewnętrznych. Jednakże, gdy temperatura jest zbyt wysoka, powierzchnia stali ulegnie silnemu utlenieniu. Ponadto w przypadku temperatury PWHT stali hartowanej i odpuszczanej zasada nie powinna przekraczać pierwotnej temperatury odpuszczania stali, która jest zwykle o około 30 stopni niższa niż pierwotna temperatura odpuszczania stali, w przeciwnym razie materiał straci zdolność hartowania i efekt odpuszczania, a wytrzymałość i odporność na pękanie zostaną zmniejszone. Na tę kwestię należy zwrócić szczególną uwagę w przypadku pracowników zajmujących się obróbką cieplną.
Im wyższa temperatura obróbki cieplnej po spawaniu w celu wyeliminowania naprężeń wewnętrznych, tym większy stopień zmiękczenia stali. Zwykle naprężenia wewnętrzne można wyeliminować poprzez podgrzanie stali do temperatury rekrystalizacji. Temperatura rekrystalizacji jest ściśle związana z temperaturą topnienia. Generalnie temperatura rekrystalizacji K=0,4x temperatura topnienia (K). Im temperatura obróbki cieplnej jest bliższa temperaturze rekrystalizacji, tym skuteczniej eliminuje ona naprężenia szczątkowe.
04 Uwzględnienie kompleksowego działania PWHT
Obróbka cieplna po spawaniu nie jest całkowicie korzystna. Ogólnie rzecz biorąc, obróbka cieplna po spawaniu sprzyja łagodzeniu naprężeń szczątkowych i jest przeprowadzana tylko wtedy, gdy istnieją rygorystyczne wymagania dotyczące korozji naprężeniowej. Jednakże badanie udarności próbek wykazało, że obróbka cieplna po spawaniu nie sprzyja poprawie wytrzymałości stopiwa i strefy wpływu ciepła, a czasami mogą wystąpić pęknięcia międzykrystaliczne w zakresie gruboziarnistości ziarna wpływu ciepła. strefa.
Ponadto PWHT opiera się na zmniejszeniu wytrzymałości materiału w wysokich temperaturach, aby wyeliminować naprężenia. Dlatego podczas PWHT konstrukcja może stracić sztywność. W przypadku konstrukcji, które przyjmują całkowitą lub częściową PWHT, przed obróbką cieplną należy wziąć pod uwagę nośność konstrukcji spawanej w wysokich temperaturach.
Dlatego podejmując decyzję o wykonaniu obróbki cieplnej po spawaniu, należy kompleksowo porównać zalety i wady obróbki cieplnej. Z punktu widzenia wydajności strukturalnej istnieje strona, która poprawia wydajność i strona, która ją zmniejsza. Rozsądną ocenę należy dokonać w oparciu o podstawowe prace polegające na kompleksowym rozważeniu obu aspektów.
Czas publikacji: 04 września 2024 r
