Остаточное напряжение сварки вызвано неравномерным распределением температуры сварных швов, вызванным сваркой, тепловым расширением и сжатием металла сварного шва и т. д., поэтому остаточное напряжение неизбежно будет возникать во время сварки. Наиболее распространенным методом устранения остаточных напряжений является высокотемпературный отпуск, то есть сварной шов помещают в печь термической обработки, нагревают до определенной температуры и выдерживают в тепле в течение определенного периода времени. Предел текучести материала снижается при высокой температуре, так что пластическое течение возникает в местах с высоким внутренним напряжением, упругая деформация постепенно уменьшается, а пластическая деформация постепенно увеличивается для уменьшения напряжения.
01 Выбор метода термообработки
Влияние послесварочной термообработки на предел прочности и предел ползучести металла связано с температурой и временем выдержки термообработки. Влияние послесварочной термообработки на ударную вязкость металла сварного шва варьируется в зависимости от типа стали. Послесварочная термообработка обычно включает однократный высокотемпературный отпуск или нормализацию плюс высокотемпературный отпуск. Для сварных швов газовой сварки применяют нормализацию плюс высокотемпературную отпускную термообработку. Это связано с тем, что зерна газосварных швов и зон термического влияния крупные и требуют измельчения, поэтому применяют нормализующую обработку. Однако однократная нормализация не может устранить остаточные напряжения, поэтому для устранения напряжений необходим высокотемпературный отпуск. Одиночный среднетемпературный отпуск пригоден только для сборочной сварки крупных контейнеров из обычной низкоуглеродистой стали, собираемых на месте, и его целью является достижение частичного устранения остаточных напряжений и дегидрирования. В большинстве случаев применяется однократный высокотемпературный отпуск. Нагрев и охлаждение при термообработке не должны быть слишком быстрыми, а внутренние и внешние стенки должны быть равномерными.
02 Методы термообработки, используемые в сосудах под давлением
В сосудах под давлением используются два типа методов термообработки: один — термообработка для улучшения механических свойств; другой — послесварочная термообработка (PWHT). В широком смысле послесварочная термообработка — это термическая обработка зоны сварки или свариваемых деталей после сварки заготовки. Конкретное содержание включает отжиг для снятия напряжений, полный отжиг, раствор, нормализацию, нормализацию и отпуск, отпуск, низкотемпературное снятие напряжений, дисперсионную термообработку и т. д. В узком смысле послесварочная термообработка относится только к отжигу для снятия напряжений, то есть, чтобы улучшить характеристики зоны сварки и устранить вредные эффекты, такие как остаточное напряжение при сварке, зона сварки и связанные с ней детали равномерно и полностью нагреваются ниже точки 2 температуры фазового превращения металла, а затем равномерно охлаждаются. Во многих случаях обсуждаемая послесварочная термообработка по существу представляет собой термообработку для снятия напряжений после сварки.
03Цель послесварочной термообработки
1. Ослабить остаточное сварочное напряжение.
2. Стабилизировать форму и размер конструкции и уменьшить искажения.
3. Улучшение характеристик основного материала и сварных соединений, в том числе: а. Улучшить пластичность металла шва. б. Уменьшите твердость зоны термического влияния. в. Улучшить вязкость разрушения. д. Улучшить усталостную прочность. е. Восстановите или улучшите предел текучести, сниженный при холодной штамповке.
4. Улучшите способность противостоять коррозии под напряжением.
5. Дальнейшее выделение вредных газов из металла сварного шва, особенно водорода, для предотвращения возникновения замедленных трещин.
04Решение о необходимости PWHT
В проекте должно быть четко указано, нуждается ли сосуд под давлением в термообработке после сварки, и действующие требования к проектированию сосудов под давлением содержат требования к этому.
Для сварных сосудов под давлением существует большое остаточное напряжение в зоне сварки и неблагоприятное воздействие остаточного напряжения. Лишь при определенных условиях проявляются. Когда остаточное напряжение объединяется с водородом в сварном шве, это способствует упрочнению зоны термического влияния, что приводит к возникновению холодных трещин и замедленных трещин.
Когда статическое напряжение, остающееся в сварном шве, или динамическое напряжение при работе под нагрузкой сочетается с коррозионным воздействием среды, это может вызвать трещинную коррозию, которая называется коррозией под напряжением. Остаточные сварочные напряжения и упрочнение основного материала, вызванное сваркой, являются важными факторами образования коррозионных трещин под напряжением.
Сварочное оборудование Xinfa отличается высоким качеством и низкой ценой. Для получения подробной информации посетите:Производители сварочных и режущих станков - Китайские фабрики и поставщики сварочных и режущих станков (xinfatools.com)
Результаты исследований показывают, что основное влияние деформации и остаточных напряжений на металлические материалы заключается в переходе металла от равномерной коррозии к локальной коррозии, то есть к межкристаллитной или транскристаллитной коррозии. Конечно, коррозионное растрескивание металла и межкристаллитная коррозия происходят в средах с определенными характеристиками металла. При наличии остаточных напряжений характер коррозионных повреждений может меняться в зависимости от состава, концентрации и температуры коррозионной среды, а также различий в составе, организации, состоянии поверхности, напряженного состояния и т.п. основного материала. и зона сварки.
Необходимость послесварочной термообработки сварных сосудов под давлением должна определяться путем всестороннего рассмотрения назначения, размера (особенно толщины стенки), характеристик используемых материалов и условий работы сосуда. Послесварочную термообработку следует рассматривать в любой из следующих ситуаций:
1. Тяжелые условия эксплуатации, например, толстостенные сосуды с риском хрупкого разрушения при низких температурах, сосуды, воспринимающие большие и знакопеременные нагрузки.
2. Сварные сосуды под давлением толщиной, превышающей определенный предел. Включая котлы, нефтехимические сосуды под давлением и т. д., для которых действуют специальные правила и спецификации.
3. Сосуды под давлением с высокой стабильностью размеров.
4. Контейнеры из стали с высокой склонностью к закалке.
5. Сосуды под давлением с риском коррозионного растрескивания под напряжением.
6. Прочие сосуды под давлением, предусмотренные специальными правилами, техническими условиями и чертежами.
В стальных сварных сосудах под давлением в зоне сварного шва образуются остаточные напряжения, достигающие предела текучести. Возникновение этого напряжения связано с трансформацией структуры, смешанной с аустенитом. Многие исследователи отмечают, что для устранения остаточных напряжений после сварки хороший эффект на стальные сварные сосуды под давлением может оказать отпуск при температуре 650 градусов.
При этом считается, что если после сварки не провести надлежащую термическую обработку, коррозионностойкие сварные соединения никогда не будут получены.
Принято считать, что термообработка для снятия напряжений — это процесс, при котором свариваемую заготовку нагревают до 500-650 градусов, а затем медленно охлаждают. Снижение напряжений обусловлено ползучестью при высокой температуре, которая начинается от 450 градусов у углеродистой стали и 550 градусов у молибденсодержащей стали.
Чем выше температура, тем легче устранить стресс. Однако при превышении исходной температуры отпуска стали прочность стали снижается. Следовательно, термообработка для снятия напряжений должна учитывать два элемента: температуру и время, и ни один из них не является обязательным.
Однако при внутреннем напряжении сварного изделия всегда сопровождаются растягивающие напряжения и сжимающие напряжения, при этом напряжения и упругие деформации существуют одновременно. Когда температура стали повышается, предел текучести снижается, и первоначальная упругая деформация становится пластической деформацией, то есть релаксацией напряжений.
Чем выше температура нагрева, тем полнее устраняются внутренние напряжения. Однако, когда температура слишком высока, стальная поверхность будет сильно окислена. Кроме того, для температуры PWHT закаленной и отпущенной стали принцип не должен превышать исходную температуру отпуска стали, которая обычно примерно на 30 градусов ниже исходной температуры отпуска стали, в противном случае материал потеряет закалку и эффект отпуска, а прочность и вязкость разрушения будут снижены. На этот момент следует обратить особое внимание работникам термической обработки.
Чем выше температура послесварочной термообработки для устранения внутренних напряжений, тем выше степень размягчения стали. Обычно внутренние напряжения можно устранить нагревом стали до температуры рекристаллизации. Температура рекристаллизации тесно связана с температурой плавления. Обычно температура рекристаллизации K=0,4X температура плавления (K). Чем ближе температура термообработки к температуре рекристаллизации, тем эффективнее она устраняет остаточные напряжения.
04 Рассмотрение комплексного эффекта PWHT
Термическая обработка после сварки не является абсолютно полезной. Вообще говоря, послесварочная термообработка способствует снятию остаточных напряжений и проводится только при наличии строгих требований к коррозии под напряжением. Однако испытание образцов на ударную вязкость показало, что послесварочная термообработка не способствует повышению вязкости наплавленного металла и зоны термического влияния, а иногда в пределах диапазона укрупнения зерен термического влияния может возникать межкристаллитное растрескивание. зона.
Кроме того, PWHT основан на снижении прочности материала при высоких температурах для устранения напряжений. Поэтому при термообработке конструкция может потерять жесткость. Для конструкций, в которых применяется полная или частичная термообработка, перед термообработкой необходимо учитывать выдерживающую способность сварной конструкции при высоких температурах.
Поэтому при рассмотрении вопроса о необходимости проведения послесварочной термообработки следует всесторонне сравнить преимущества и недостатки термообработки. С точки зрения структурных характеристик, есть сторона, которая улучшает производительность, и сторона, которая снижает производительность. Разумное суждение должно быть вынесено на основе основной работы по всестороннему рассмотрению обоих аспектов.
Время публикации: 04 сентября 2024 г.
