Zbytkové napětí svařování je způsobeno nerovnoměrným rozložením teplot svařence způsobeným svařováním, tepelnou roztažností a smršťováním svarového kovu atd., takže zbytkové napětí bude nevyhnutelně generováno spolu s konstrukcí svařování.
Nejběžnější metodou k odstranění zbytkového pnutí je vysokoteplotní temperování, to znamená, že svařenec se zahřeje na určitou teplotu a po určitou dobu se udržuje v peci pro tepelné zpracování a mez kluzu materiálu při vysoké teplotě se sníží. , takže v místě s vysokým vnitřním napětím dochází k plastickému toku. Pružná deformace se postupně snižuje a plastická deformace se postupně zvyšuje, aby se napětí snížilo.
1. Volba metody tepelného zpracování
Vliv tepelného zpracování po svařování na pevnost v tahu a mez tečení kovu souvisí s teplotou a dobou výdrže tepelného zpracování. Vliv tepelného zpracování po svařování na rázovou houževnatost svarového kovu se liší u různých jakostí oceli.
Tepelné zpracování po svařování obecně používá jedno vysokoteplotní temperování nebo normalizaci a vysokoteplotní temperování. U plynových svarových spojů se používá normalizační a vysokoteplotní temperování. Je to proto, že zrna plynového svaru a tepelně ovlivněné zóny jsou hrubé a zrna je třeba zjemnit, takže se používá normalizace.
Jednotlivá normalizace však nemůže eliminovat zbytkové pnutí, takže k odstranění pnutí je nutné temperování při vysoké teplotě. Jediné středněteplotní temperování je vhodné pouze pro montáž a svařování velkých běžných nádob z nízkouhlíkové oceli montovaných na místě a jeho účelem je částečně eliminovat zbytkové pnutí a odstranit vodík.
Ve většině případů se používá jednorázové vysokoteplotní temperování. Zahřívání a ochlazování tepelné úpravy by nemělo být příliš rychlé a vnitřní a vnější stěny by měly být jednotné.
2. Způsob tepelného zpracování tlakové nádoby
V tlakových nádobách se používají dva typy metod tepelného zpracování: jedním je tepelné zpracování pro zlepšení mechanických vlastností; druhým je tepelné zpracování po svařování (PWHT). Obecně řečeno, tepelné zpracování po svařování je tepelné zpracování svařované oblasti nebo svařovaných součástí po svaření obrobku.
Mezi konkrétní obsahy patří žíhání na odlehčení pnutí, úplné žíhání, tavení pevných látek, normalizace, normalizace a popouštění, temperování, odlehčení pnutí při nízkých teplotách, precipitační tepelné zpracování atd.
V úzkém smyslu se tepelné zpracování po svařování vztahuje pouze na žíhání pro odlehčení pnutí, to znamená za účelem zlepšení výkonu svařovací zóny a odstranění škodlivých účinků zbytkového napětí svařování, aby se oblast svařování rovnoměrně a plně zahřála. a související části pod teplotním bodem přechodu kovové fáze 2. a poté proces rovnoměrného chlazení. V mnoha případech je diskutovaným tepelným zpracováním po svařování v podstatě tepelné zpracování po svařování uvolňujícím pnutí.
3. Účel tepelného zpracování po svařování
1). Uvolněte zbytkové napětí svařování.
2). Stabilizuje tvar a velikost struktury a snižuje zkreslení.
3). Zlepšení výkonu obecných kovů a svarových spojů, včetně:
A. Zlepšete plasticitu svarového kovu.
b. Snižte tvrdost tepelně ovlivněné zóny.
C. Zlepšit lomovou houževnatost.
d. Zlepšete únavovou sílu.
E. Obnovte nebo zvyšte mez kluzu sníženou při tváření za studena.
4). Zlepšete schopnost odolávat korozi pod napětím.
5). Dále uvolňujte škodlivý plyn ve svarovém kovu, zejména vodík, aby se zabránilo vzniku opožděných trhlin.
4. Posouzení nezbytnosti PWHT
Nutnost tepelného zpracování po svařování u tlakových nádob by měla být jasně specifikována v návrhu a současné konstrukční specifikace tlakových nádob to vyžadují.
Ve svařované tlakové nádobě je velké zbytkové napětí v oblasti svařování a zbytkové napětí působí nepříznivě. projevující se za určitých podmínek. Když se zbytkové napětí spojí s vodíkem ve svaru, podpoří vytvrzení tepelně ovlivněné zóny, což má za následek vznik studených a opožděných trhlin.
Když se zbytkové statické napětí ve svaru nebo dynamické zatěžovací napětí v zatěžovacím provozu spojí s korozním účinkem média, může dojít k prasklinové korozi, tedy tzv. korozi napětí. Zbytkové napětí po svařování a zpevnění základního kovu způsobené svařováním jsou důležitými faktory pro korozní praskání pod napětím.
Výsledky výzkumu ukazují, že hlavním vlivem deformace a zbytkového napětí na kovových materiálech je změna kovu z rovnoměrné koroze na lokalizovanou korozi, tedy na mezikrystalovou nebo transkrystalovou korozi. Korozní praskání i mezikrystalová koroze kovů se samozřejmě vyskytují v médiích, která mají pro daný kov určité vlastnosti.
V přítomnosti zbytkového napětí se mění podle složení, koncentrace a teploty agresivního média, dále podle rozdílu ve složení, struktuře, stavu povrchu, stavu napětí atd. základního kovu a zóny svaru, takže koroze Povaha poškození se může změnit.
Zda je třeba svařovanou tlakovou nádobu podrobit tepelnému zpracování po svaření, je třeba komplexně určit z použití a velikosti nádoby (zejména tloušťky stěnové desky), vlastností použitých materiálů a pracovních podmínek. V jedné z následujících situací je třeba zvážit tepelné zpracování po svařování:
1). Podmínky použití jsou drsné, jako je tomu u silnostěnných nádob, u kterých existuje riziko křehkého lomu při práci při nízkých teplotách, a nádob, které nesou velké zatížení a střídavé zatížení.
2). Svařované tlakové nádoby s tloušťkou přesahující určitou mez. Včetně kotlů, petrochemických tlakových nádob atd. se zvláštními předpisy a specifikacemi.
3). Tlakové nádoby s vysokou tvarovou stálostí.
4). Nádoby vyrobené z oceli s vysokou tendencí tvrdnout.
5). Tlakové nádoby s nebezpečím korozního praskání pod napětím.
6). Ostatní tlakové nádoby stanovené zvláštními předpisy, specifikacemi a výkresy.
V ocelových svařovaných tlakových nádobách vznikají zbytková napětí až do meze kluzu v oblasti blízko svaru. Vznik tohoto napětí souvisí s přeměnou struktury smíšené s austenitem. Mnoho výzkumníků poukázalo na to, že pro eliminaci zbytkového napětí po svařování může mít popouštění na 650 stupňů dobrý vliv na ocelovou svařovanou tlakovou nádobu.
Současně se má za to, že bez řádného tepelného zpracování po svařování nelze vždy získat svarové spoje odolné proti korozi.
Obecně se má za to, že tepelné zpracování odlehčení pnutí je proces, při kterém se svařovací obrobek zahřeje na 500-650 stupňů a poté se pomalu ochladí. Snížení napětí je způsobeno tečením při vysoké teplotě, počínaje od 450 stupňů u uhlíkových ocelí a od 550 stupňů u ocelí obsahujících molybden.
Čím vyšší teplota, tím snazší je zbavit se stresu. Jakmile je ale překročena původní teplota popouštění oceli, pevnost oceli se sníží. Proto musí tepelné zpracování odlehčení stresu zvládnout dva prvky teploty a času, které jsou nepostradatelné.
Při vnitřním napětí svařence je však vždy doprovázeno napětí v tahu a napětí a současně existuje napětí a elastická deformace. Při zvýšení teploty oceli se mez kluzu snižuje a z původní elastické deformace se stává plastická deformace, což je relaxace napětí.
Čím vyšší je teplota ohřevu, tím dostatečněji se uvolní vnitřní pnutí. Pokud je však teplota příliš vysoká, povrch oceli bude vážně oxidován. Kromě toho by pro teplotu PWHT kalené a temperované oceli princip neměl překročit původní teplotu popouštění oceli, která je obecně asi o 30 stupňů nižší než původní teplota popouštění oceli, jinak materiál ztratí kalení a popouštěcí účinek a pevnost a lomová houževnatost se sníží. snížit. Tomuto bodu by měli pracovníci tepelného zpracování věnovat zvláštní pozornost.
Čím vyšší je teplota tepelného zpracování po svařování pro eliminaci vnitřního pnutí, tím větší je stupeň měknutí oceli. Obvykle lze vnitřní pnutí eliminovat zahřátím na teplotu rekrystalizace oceli. Teplota rekrystalizace úzce souvisí s teplotou tání.
Obecně platí, že teplota rekrystalizace K=0.4×teplota tání (K). Čím blíže je teplota tepelného zpracování k teplotě rekrystalizace, tím efektivněji eliminuje zbytkové pnutí.
5. Zvážení komplexního účinku PWHT
Tepelné zpracování po svařování není absolutně výhodné. Obecně platí, že tepelné zpracování po svařování je prospěšné pro zmírnění zbytkového napětí a provádí se pouze tehdy, když existují přísné požadavky na korozi pod napětím.
Zkouška rázové houževnatosti vzorku však ukazuje, že tepelné zpracování po svařování není dobré pro houževnatost naneseného kovu a tepelně ovlivněné oblasti svařování a někdy může dojít k mezikrystalovému praskání v rozsahu hrubnutí zrna teplem svařování. - postižená zóna.
Kromě toho PWHT spoléhá na snížení pevnosti materiálu při vysoké teplotě, aby se dosáhlo uvolnění napětí. Proto během PWHT může konstrukce ztratit tuhost. Pro konstrukci celkové nebo částečné PWHT je třeba před tepelným zpracováním uvažovat svařenec při vysoké teplotě. nosnost.
Proto při zvažování, zda provést tepelné zpracování po svařování, je třeba komplexně porovnat výhody a nevýhody tepelného zpracování. Z hlediska strukturální výkonnosti existují aspekty zlepšování výkonu a existují aspekty snižování výkonu. Na základě komplexního zvážení obou aspektů by měly být učiněny rozumné úsudky.
