Después de soldar el recipiente a presión, se producen tensiones residuales en la zona de soldadura estructural. Esto se debe a que el campo de temperatura de calentamiento desigual durante la soldadura hace que la tensión interna alcance el límite elástico del material, lo que provoca una deformación plástica en zonas locales. Incluso cuando la temperatura vuelve al estado uniforme original, la tensión interna permanece en la estructura, de ahí el término "tensión residual".
El valor máximo y la distribución de la tensión residual de soldadura tienen un impacto negativo directo en el fallo por fatiga y el agrietamiento por corrosión bajo tensión de los recipientes.
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La investigación muestra que una vez que un recipiente está soldado, tensión residual la acompañará inevitablemente.
Aunque el mecanismo de generación de tensión residual en recipientes a presión se ha comprendido de forma preliminar, el nivel de tensión residual varía enormemente debido a las diferencias en las dimensiones externas, los procesos de soldadura, los procedimientos de soldadura y el tamaño de las restricciones. Además, la distribución de la tensión residual puede ser muy compleja.
Por lo tanto, es necesario desarrollar contramedidas razonables para eliminar o reducir la tensión residual de soldadura con el fin de garantizar una calidad económicamente razonable y un funcionamiento seguro durante el servicio, evitando así accidentes.
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En condiciones controladas, aplique al recipiente una o varias veces una carga externa ligeramente superior a la de su estado de funcionamiento.
La tensión formada por la carga se superpone a la tensión residual de soldadura existente localmente en el recipiente.
Cuando la tensión resultante es inferior a la rendimiento del material límite, el material se encuentra en estado elástico y la relación entre la tensión y la deformación es lineal.
Cuando la tensión del material compuesto alcanza el límite elástico del material, se produce una deformación plástica en zonas locales.
A medida que aumenta el valor de la tensión externa, también aumenta el intervalo de la tensión compuesta que alcanza el límite elástico y, en consecuencia, aumenta el intervalo de la deformación plástica, pero el valor de la tensión no aumenta o sólo aumenta ligeramente.
Dado que el propio contenedor es continuo, durante la eliminación de la carga externa, el área de deformación de fluencia y el área de deformación elástica se recuperan en estado elástico simultáneamente. La tensión residual de soldadura existente en el contenedor se elimina parcialmente, y la magnitud de la tensión residual eliminada es igual al valor de tensión generado por la carga externa.
Todo el recipiente soldado debe calentarse a una temperatura de 500℃~Ac1 a una velocidad de calentamiento específica y mantenerse a esa temperatura durante un período de tiempo para permitir la recristalización del metal deformado, lo que da lugar a la formación de nuevos granos equiaxiales.
Este proceso elimina todo tipo de defectos del cristal, reduce resistencia del metaly mejora la tenacidad, lo que, a su vez, relaja y libera la tensión residual de soldadura.
Como los recipientes a presión suelen ser de gran tamaño, no pueden tratarse térmicamente en un horno como los equipos más pequeños o las piezas mecánicas.
Para solucionarlo, la pared exterior del contenedor puede cubrirse con una capa de aislamiento térmico o, alternativamente, el contenedor puede tratarse térmicamente mediante calefacción eléctrica o inyectando combustible para crear una temperatura elevada en el interior del contenedor.
El principio del tratamiento térmico local es similar al del tratamiento térmico global. En la actualidad, la zona de soldadura se calienta principalmente con calentadores de placas por infrarrojos o calentadores de resistencia de oruga.
Debido al calentamiento localizado, la eliminación de las tensiones residuales no es tan eficaz como la del tratamiento térmico global. El tratamiento térmico local sólo puede reducir el valor máximo de tensión internaEl resultado es una distribución relativamente suave de la tensión, pero no una eliminación completa de la misma.
No obstante, el tratamiento térmico local puede mejorar las propiedades mecánicas de uniones soldadas. Cabe señalar que este tratamiento suele limitarse a las uniones soldadas más sencillas.
El efecto térmico de la diferencia de temperatura puede utilizarse para eliminar la tensión residual en el zona de soldadura formando un campo de tensión inverso.
La clave del éxito de este método reside en la selección de la diferencia de temperatura Δt adecuada, que depende del límite elástico σs del material, del módulo E y del coeficiente de dilatación térmica β.
Seleccionando la zona de calentamiento y el Δt adecuados, este método puede lograr un alivio eficaz de la tensión sin causar deformación plástica ni pérdida de reservas plásticas, ni afectar a la estructura metalográfica del metal.
El efecto de alivio de la tensión puede ser significativo, oscilando entre 50% y 70%.
Este método es especialmente útil para estructuras de placas y armazones con soldaduras regulares y espesores moderados.
Tras un martilleo rápido y uniforme, el metal de soldadura sufrirá una extensión plástica transversal, que puede compensar en cierta medida la contracción de la soldadura. Además, la deformación elástica causada por la tensión residual de tracción en esta zona puede relajarse, eliminando así parcialmente la tensión residual de soldadura.
Al detonar el cinturón explosivo dispuesto en o cerca del costura de soldaduraLa onda de choque de la explosión instantánea interactúa con la tensión residual en el metal, dando lugar a una cantidad adecuada de deformación plástica y relajación de la tensión residual en la zona del cordón de soldadura.
El tratamiento explosivo no sólo elimina eficazmente la tensión residual de soldadura, sino que también genera una cierta tensión de compresión en la zona tratada, mejorando así la resistencia al daño de la unión soldada sometida a tensión de tracción.
Por lo tanto, el tratamiento térmico es ineficaz para lograr este resultado.
El método de explosión es único en la eliminación de tensiones residuales en la ingeniería de reparación de cordones de soldadura durante la inspección en servicio de recipientes a presión.
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