Lo stress residuo della saldatura è causato dalla distribuzione non uniforme della temperatura delle saldature causata dalla saldatura, dall'espansione e dalla contrazione termica del metallo saldato, ecc., quindi lo stress residuo sarà inevitabilmente generato durante la costruzione della saldatura. Il metodo più comune per eliminare lo stress residuo è il rinvenimento ad alta temperatura, ovvero la saldatura viene inserita in un forno per trattamento termico e riscaldata ad una determinata temperatura e mantenuta calda per un certo periodo di tempo. Il limite di snervamento del materiale viene ridotto ad alta temperatura, in modo che il flusso plastico avvenga in luoghi con elevato stress interno, la deformazione elastica diminuisce gradualmente e la deformazione plastica aumenta gradualmente per ridurre lo stress.
01 Scelta del metodo di trattamento termico
L'effetto del trattamento termico post-saldatura sulla resistenza alla trazione e sul limite di scorrimento del metallo è correlato alla temperatura e al tempo di mantenimento del trattamento termico. L'effetto del trattamento termico post-saldatura sulla resilienza del metallo saldato varia a seconda dei diversi tipi di acciaio. Il trattamento termico post-saldatura utilizza generalmente un rinvenimento singolo ad alta temperatura o la normalizzazione più rinvenimento ad alta temperatura. Il trattamento termico di normalizzazione e rinvenimento ad alta temperatura viene utilizzato per le saldature di saldatura a gas. Questo perché i grani delle saldature a gas e delle zone termicamente alterate sono grossolani e necessitano di essere raffinati, quindi viene utilizzato un trattamento normalizzante. Tuttavia, la singola normalizzazione non può eliminare lo stress residuo, quindi per eliminare lo stress è necessario un rinvenimento ad alta temperatura. Il rinvenimento singolo a media temperatura è adatto solo per la saldatura di assemblaggio di grandi contenitori ordinari in acciaio a basso tenore di carbonio assemblati in loco e il suo scopo è ottenere l'eliminazione parziale dello stress residuo e della deidrogenazione. Nella maggior parte dei casi viene utilizzato il rinvenimento singolo ad alta temperatura. Il riscaldamento e il raffreddamento del trattamento termico non dovrebbero essere troppo rapidi e le pareti interne ed esterne dovrebbero essere uniformi.
02 Metodi di trattamento termico utilizzati nei recipienti a pressione
Esistono due tipi di metodi di trattamento termico utilizzati nei recipienti a pressione: uno è il trattamento termico per migliorare le proprietà meccaniche; l'altro è il trattamento termico post-saldatura (PWHT). In senso lato, il trattamento termico post-saldatura è il trattamento termico dell'area di saldatura o dei componenti saldati dopo la saldatura del pezzo. I contenuti specifici includono ricottura di distensione, ricottura completa, soluzione, normalizzazione, normalizzazione e rinvenimento, rinvenimento, distensione a bassa temperatura, trattamento termico di precipitazione, ecc. In senso stretto, il trattamento termico post-saldatura si riferisce solo alla ricottura di distensione, ovvero, al fine di migliorare le prestazioni dell'area di saldatura ed eliminare effetti dannosi come lo stress residuo di saldatura, l'area di saldatura e le parti correlate vengono riscaldate uniformemente e completamente al di sotto del punto 2 della temperatura di trasformazione della fase metallica, quindi raffreddate uniformemente. In molti casi, il trattamento termico post-saldatura discusso è essenzialmente un trattamento termico di distensione post-saldatura.
03 Scopo del trattamento termico post-saldatura
1. Rilassare lo stress residuo della saldatura.
2. Stabilizzare la forma e le dimensioni della struttura e ridurre la distorsione.
3. Migliorare le prestazioni del materiale principale e dei giunti saldati, tra cui: a. Migliora la plasticità del metallo saldato. B. Ridurre la durezza della zona alterata dal calore. C. Migliora la resistenza alla frattura. D. Migliora la resistenza alla fatica. e. Ripristina o migliora il carico di snervamento ridotto durante la formatura a freddo.
4. Migliorare la capacità di resistere alla tensocorrosione.
5. Rilasciare ulteriormente gas nocivi nel metallo saldato, in particolare idrogeno, per prevenire il verificarsi di cricche ritardate.
04Giudizio sulla necessità del PWHT
Se il recipiente a pressione necessita di un trattamento termico post-saldatura dovrebbe essere chiaramente specificato nella progettazione e le attuali specifiche di progettazione del recipiente a pressione prevedono requisiti a tal fine.
Per i recipienti a pressione saldati, è presente una notevole tensione residua nell'area di saldatura e gli effetti negativi della tensione residua. Solo a determinate condizioni si manifestano. Quando la tensione residua si combina con l'idrogeno nella saldatura, favorirà l'indurimento della zona interessata dal calore, provocando la comparsa di cricche a freddo e cricche ritardate.
Quando la sollecitazione statica rimanente nella saldatura o la sollecitazione dinamica durante il funzionamento sotto carico si combina con l'effetto corrosivo del mezzo, può causare corrosione da fessurazione, denominata tensocorrosione. Le tensioni residue della saldatura e l'indurimento del materiale di base causato dalla saldatura sono fattori importanti nella generazione di cricche da tensocorrosione.
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I risultati della ricerca mostrano che l’effetto principale della deformazione e dello stress residuo sui materiali metallici è quello di trasformare il metallo dalla corrosione uniforme alla corrosione locale, cioè alla corrosione intergranulare o transgranulare. Naturalmente, la fessurazione per corrosione del metallo e la corrosione intergranulare si verificano entrambe in mezzi con determinate caratteristiche per il metallo. In presenza di tensioni residue, la natura del danno da corrosione può cambiare a seconda della composizione, concentrazione e temperatura del mezzo corrosivo, nonché delle differenze nella composizione, organizzazione, stato superficiale, stato di tensione, ecc. del materiale di base e la zona di saldatura.
Se i recipienti a pressione saldati necessitano di un trattamento termico post-saldatura dovrebbe essere determinato considerando in modo completo lo scopo, le dimensioni (in particolare lo spessore delle pareti), le prestazioni dei materiali utilizzati e le condizioni di lavoro del recipiente. Il trattamento termico post-saldatura dovrebbe essere preso in considerazione in una qualsiasi delle seguenti situazioni:
1. Condizioni operative difficili, come recipienti con pareti spesse con rischio di frattura fragile a basse temperature e recipienti che sopportano grandi carichi e carichi alternati.
2. Recipienti a pressione saldati con uno spessore superiore a un certo limite. Comprese caldaie, recipienti a pressione petrolchimici, ecc., che hanno normative e specifiche speciali.
3. Recipienti a pressione con elevata stabilità dimensionale.
4. Contenitori in acciaio con elevata tendenza all'indurimento.
5. Recipienti a pressione con rischio di tensocorrosione.
6. Altri recipienti a pressione specificati da regolamenti, specifiche e disegni speciali.
Nei recipienti a pressione saldati in acciaio, nella zona vicino alla saldatura si formano tensioni residue che raggiungono il punto di snervamento. La generazione di questo stress è legata alla trasformazione della struttura mista ad austenite. Molti ricercatori sottolineano che per eliminare lo stress residuo dopo la saldatura, la tempra a 650 gradi può avere un buon effetto sui recipienti a pressione saldati in acciaio.
Allo stesso tempo, si ritiene che se non viene eseguito un adeguato trattamento termico dopo la saldatura, non si otterranno mai giunti saldati resistenti alla corrosione.
Si ritiene generalmente che il trattamento termico di distensione sia un processo in cui il pezzo saldato viene riscaldato a 500-650 gradi e quindi raffreddato lentamente. La riduzione dello stress è causata dal creep ad alta temperatura, che parte da 450 gradi nell'acciaio al carbonio e 550 gradi nell'acciaio contenente molibdeno.
Più alta è la temperatura, più facile è eliminare lo stress. Tuttavia, una volta superata la temperatura di rinvenimento originale dell'acciaio, la resistenza dell'acciaio verrà ridotta. Pertanto, il trattamento termico per alleviare lo stress deve padroneggiare i due elementi temperatura e tempo e nessuno dei due è indispensabile.
Tuttavia, nella tensione interna della saldatura, la tensione di trazione e la tensione di compressione sono sempre accompagnate e coesistono contemporaneamente tensione e deformazione elastica. Quando la temperatura dell'acciaio aumenta, la resistenza allo snervamento diminuisce e la deformazione elastica originale diventerà deformazione plastica, che è il rilassamento dello stress.
Maggiore è la temperatura di riscaldamento, più completa sarà l'eliminazione dello stress interno. Tuttavia, quando la temperatura è troppo elevata, la superficie dell'acciaio sarà gravemente ossidata. Inoltre, per la temperatura PWHT dell'acciaio bonificato, il principio non deve superare la temperatura di rinvenimento originale dell'acciaio, che è generalmente inferiore di circa 30 gradi rispetto alla temperatura di rinvenimento originale dell'acciaio, altrimenti il materiale perderà la tempra e la temperatura effetto di rinvenimento e la resistenza e la tenacità alla frattura saranno ridotte. A questo punto dovrebbe essere prestata particolare attenzione ai lavoratori del trattamento termico.
Maggiore è la temperatura del trattamento termico post-saldatura per eliminare le tensioni interne, maggiore sarà il grado di rammollimento dell'acciaio. Di solito, lo stress interno può essere eliminato riscaldando l'acciaio alla temperatura di ricristallizzazione. La temperatura di ricristallizzazione è strettamente correlata alla temperatura di fusione. Generalmente, la temperatura di ricristallizzazione K=0,4X temperatura di fusione (K). Quanto più la temperatura del trattamento termico è vicina alla temperatura di ricristallizzazione, tanto più efficace è l'eliminazione dello stress residuo.
04 Considerazione dell'effetto globale del PWHT
Il trattamento termico post saldatura non è assolutamente vantaggioso. In generale, il trattamento termico post-saldatura contribuisce ad alleviare le tensioni residue e viene eseguito solo quando sussistono requisiti rigorosi per la tensocorrosione. Tuttavia, il test di resilienza dei provini ha mostrato che il trattamento termico post-saldatura non era favorevole a migliorare la tenacità del metallo depositato e della zona alterata dal calore, e talvolta possono verificarsi fessurazioni intergranulari all'interno dell'intervallo di ingrossamento del grano della zona interessata dal calore. zona.
Inoltre, PWHT si basa sulla riduzione della resistenza del materiale alle alte temperature per eliminare lo stress. Pertanto, durante il PWHT, la struttura potrebbe perdere rigidità. Per le strutture che adottano PWHT totale o parziale, prima del trattamento termico deve essere considerata la capacità di supporto della saldatura alle alte temperature.
Pertanto, quando si valuta se eseguire il trattamento termico post-saldatura, i vantaggi e gli svantaggi del trattamento termico dovrebbero essere confrontati in modo completo. Dal punto di vista della prestazione strutturale, c’è un lato che migliora la prestazione e un lato che riduce la prestazione. Dovrebbe essere formulato un giudizio ragionevole sulla base del lavoro di base volto a considerare in modo completo entrambi gli aspetti.
Orario di pubblicazione: 04 settembre 2024
