Правда о послесварочной термообработке: Плюсы и минусы

Сварочные остаточные напряжения возникают из-за неравномерного распределения температуры в свариваемых деталях, теплового расширения и сжатия металла шва и т.д., поэтому при сварке неизбежно возникают остаточные напряжения. Наиболее распространенным методом устранения остаточных напряжений является высокотемпературный отпуск, то есть нагрев свариваемых деталей до определенной температуры и поддержание [...].

Оглавление

Остаточные напряжения при сварке возникают из-за неравномерного распределения температуры в свариваемых деталях, теплового расширения и сжатия металла шва и т.д., поэтому сопутствующая сварке конструкция неизбежно будет генерировать остаточные напряжения.

Наиболее распространенным методом устранения остаточных напряжений является высокотемпературный отпуск, то есть нагрев сваренных деталей до определенной температуры и выдерживание их в течение определенного времени в печи для термообработки.

Благодаря снижению предела текучести материала при высокой температуре, в областях с высокими внутренними напряжениями возникает пластическое течение, упругая деформация постепенно уменьшается, а пластическая деформация постепенно увеличивается, тем самым снижая напряжение.

1. Выбор метода термической обработки

Влияние послесварочной термической обработки на прочность при растяжении и предел ползучести металлов зависит от температуры и времени выдержки при термической обработке. Ударная вязкость металла сварного шва после термообработки варьируется в зависимости от марки стали.

Как правило, для послесварочной термообработки выбирается один высокотемпературный отпуск или нормализация плюс высокотемпературный отпуск. Для газосварных соединений используется нормализация плюс высокотемпературный отпуск, поскольку зерна в сварном шве и зона термического влияния газовой сварки являются грубыми и нуждаются в уточнении путем нормализации.

Однако одна нормализующая обработка не может устранить остаточное напряжениеПоэтому для устранения напряжений требуется высокотемпературный отпуск. Одиночный промежуточный отпуск подходит только для монтажной сварки больших контейнеров из обычной низкоуглеродистой стали на строительной площадке, с целью частичного устранения остаточных напряжений и удаления водорода.

В большинстве случаев выбирается однократный высокотемпературный отпуск. Нагрев и охлаждение во время термообработки не должны быть слишком быстрыми, а внутренние и внешние стенки должны нагреваться равномерно.

2. Методы термообработки, используемые для сосудов под давлением

Существует два вида термической обработки сосудов, работающих под давлением: термическая обработка для улучшения механических свойств и послесварочная термическая обработка (PWHT).

В широком смысле PWHT - это термическая обработка, выполняемая на сварной зоне или сварных компонентах после сварки заготовки.

Конкретное содержание включает в себя снятие стресса отжигПолный отжиг, обработка твердым раствором, нормализация, нормализация плюс отпуск, закалка, снятие напряжения при низких температурах, обработка осадками и т.д.

В узком смысле PWHT относится только к отжигу для снятия напряжения, который равномерно и достаточно сильно нагревает сварную зону и связанные с ней детали ниже температуры фазового перехода металла, чтобы улучшить характеристики сварной зоны и устранить вредное воздействие остаточных сварочных напряжений, после чего следует равномерное охлаждение.

Во многих случаях термическая обработка для PWHT по сути является отжигом для снятия напряжения после сварки.

3. Цели послесварочной термической обработки

(1) Расслабьтесь сварочное остаточное напряжение.

(2) Стабилизация формы и размера конструкции, уменьшение искажений.

(3) Улучшить характеристики основного металла и сварные соединения, в том числе:

  • a. Улучшить пластичность металла шва.
  • b. Уменьшите твердость зоны термического воздействия.
  • c. Улучшить вязкость разрушения.
  • d. Улучшить усталостная прочность.
  • e. Восстановить или улучшить предел текучести уменьшается во время холодной формовки.

(4) Повышение устойчивости к коррозии под напряжением.

(5) Дальнейшее выделение вредных газов, особенно водорода, в металле шва для предотвращения замедленного растрескивания.

4. Оценка необходимости проведения PWHT

Необходимость послесварочной термообработки для сосудов, работающих под давлением, должна быть четко указана в проекте, и современные стандарты проектирования сосудов под давлением содержат соответствующие требования.

В сварной зоне сосуда под давлением возникают значительные остаточные напряжения, причем негативное влияние остаточных напряжений проявляется только при определенных условиях. Когда остаточное напряжение соединяется с водородом в сварном шве, оно вызывает закалку зоны термического влияния, что приводит к возникновению холодных и замедленных трещин.

Статические напряжения, возникающие в сварном шве, или динамические нагрузки во время эксплуатации в сочетании с коррозией среды могут вызвать коррозионное растрескивание под напряжением, известное как КРН.

Остаточные сварочные напряжения и мартенситное упрочнение, вызванное сваркой, являются важными факторами в возникновении коррозионного растрескивания под напряжением.

Результаты исследований показали, что основное влияние деформации и остаточных напряжений на металлические материалы заключается в преобразовании равномерной коррозии в локализованную, а именно межкристаллитную или транскристаллитную коррозию. Разумеется, как коррозионное растрескивание, так и межкристаллитная коррозия происходят в средах с определенными характеристиками для данного металла.

При наличии остаточных напряжений, в зависимости от различного состава, концентрации и температуры коррозионной среды, а также различий в составе, структуре, состоянии поверхности и напряженном состоянии основного металла и сварной зоны, характер коррозионного повреждения может меняться.

Необходимость послесварочной термообработки для сварных сосудов под давлением следует определять с учетом назначения и размеров сосуда (особенно толщины стеновой панели), характеристик используемых материалов и условий работы. При возникновении любой из следующих ситуаций следует рассмотреть возможность послесварочной термообработки:

  • Сосуды, работающие в тяжелых условиях, например, с риском хрупкого разрушения при низких температурах, толстостенные сосуды, подвергающиеся большим и переменным нагрузкам.
  • Сварные сосуды под давлением с толщиной, превышающей определенный предел, включая котлы, нефтехимические сосуды под давлением и т.д., для которых существуют специальные правила и стандарты.
  • Сосуды под давлением с высокими требованиями к стабильности размеров.
  • Сосуды из сталей с большой склонностью к закалке.
  • Сосуды под давлением с риском коррозионного растрескивания под напряжением.
  • Другие сосуды, работающие под давлением, со специальными правилами, спецификациями и чертежами.

Остаточные напряжения, достигающие предела текучести, формируются вблизи сварной шов в стальных сварных сосудах высокого давления. Возникновение этих напряжений связано с трансформацией аустенитосодержащей структуры.

Многие исследователи отмечают, что процесс отпуска при температуре 650°C может эффективно устранить остаточные напряжения после сварки стальных сварных сосудов высокого давления.

В то же время считается, что без надлежащей послесварочной термической обработки невозможно получить коррозионностойкое сварное соединение.

Принято считать, что термическая обработка для снятия напряжений - это процесс, при котором сварное изделие нагревается до 500-650°C, а затем медленно охлаждается. Снижение напряжения происходит за счет ползучести при высокой температуре, которая начинается при 450°C в углеродистой стали и 550°C в молибденсодержащей стали.

Чем выше температура, тем легче устранить напряжение. Однако при превышении первоначальной температуры отпуска прочность стали снижается. Поэтому при термообработке для снятия напряжений необходимо контролировать как температуру, так и время.

Однако в внутреннее напряжение в сварном шве всегда сосуществуют растягивающие и сжимающие напряжения, а напряжение и упругая деформация существуют одновременно.

При повышении температуры стали предел текучести снижается, и первоначальная упругая деформация превращается в пластическую, что приводит к релаксации напряжений.

Чем выше температура нагрева, тем полнее можно устранить внутреннее напряжение. Однако при слишком высокой температуре поверхность стали будет сильно окислена.

Кроме того, для температуры PWHT закалка и отпуск Стали, принцип должен заключаться в том, чтобы не превышать первоначальную температуру отпуска стали, обычно примерно на 30 градусов ниже, чем первоначальная температура отпуска стали.

В противном случае материал потеряет эффект закалки, а прочность и вязкость разрушения снизятся. На этот момент работники, занимающиеся термообработкой, должны обращать особое внимание.

Чем выше температура послесварочной термообработки для снятия напряжения, тем больше степень размягчения стали, обычно сталь нагревается до температуры рекристаллизации, и внутреннее напряжение может быть устранено. Температура рекристаллизации тесно связана с температурой плавления.

Как правило, температура рекристаллизации K = 0,4X температура плавления (K). Чем ближе температура термообработки к температуре рекристаллизации, тем эффективнее снимаются остаточные напряжения.

4. Рассмотрение общей эффективности PWHT

Послесварочная термообработка не всегда выгодна. Как правило, послесварочная термообработка полезна для снятия остаточных напряжений и проводится только в тех случаях, когда необходимы строгие требования к коррозии под напряжением.

Однако испытания образцов на ударную вязкость показывают, что послесварочная термическая обработка негативно сказывается на повышении вязкости металла шва и зоны термического влияния, а иногда в диапазоне огрубления зерна зоны термического влияния могут возникать межкристаллитные трещины.

Кроме того, для снятия напряжений в процессе PWHT используется снижение прочности материала при высоких температурах. Поэтому во время PWHT конструкция может потерять жесткость.

Для конструкций, в которых применяется полная или частичная PWHT, перед термообработкой необходимо учитывать несущую способность сварного соединения при высоких температурах.

Поэтому при рассмотрении вопроса о необходимости проведения послесварочной термообработки следует всесторонне сопоставить преимущества и недостатки термообработки.

С точки зрения производительности конструкции существуют как аспекты, которые могут улучшить производительность, так и аспекты, которые могут снизить производительность. Разумные суждения должны выноситься на основе всестороннего рассмотрения обоих аспектов.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Электрический и гидравлический листогибочный пресс - какой из них подходит для вашего бизнеса?

I. Введение С развитием технологий современная обработка листового металла, особенно процесс гибки, требует все более высоких стандартов. Существуют различные технические требования к оборудованию и обработке...

Размеры и вес двутавровых балок

Вы когда-нибудь задумывались о скрытом мире стальных двутавровых балок? В этой увлекательной статье мы раскроем тайны, скрывающиеся за этими важнейшими строительными компонентами. Наш эксперт, инженер-механик, проведет...
Калькулятор коэффициента K

Калькулятор коэффициента K для гибки листового металла (онлайн и бесплатно)

Вы испытываете трудности с проектированием точных деталей из листового металла? Раскройте секреты коэффициента K, важнейшего понятия в производстве листового металла. В этой статье наш эксперт, инженер-механик, объясняет...

Диаграмма веса двутавровой балки, размеры и онлайн-калькулятор

Вы когда-нибудь задумывались о том, как выбрать идеальную двутавровую балку для вашего строительного или производственного проекта? В этом блоге наш эксперт, инженер-механик, проведет вас через весь процесс...

Медные и алюминиевые кабели: Всестороннее сравнение

I. Преимущества кабелей с медными жилами перед кабелями с алюминиевыми жилами: 1. Низкое удельное сопротивление: Удельное сопротивление кабелей с алюминиевыми жилами примерно в 1,68 раза выше, чем у кабелей с медными жилами.....

Как правильно выбрать предохранительный клапан: Пошаговое руководство

Ввиду разнообразия предохранительных клапанов, а также разнообразия и сложности систем, работающих под давлением, при выборе предохранительного клапана необходимо учитывать влияние таких факторов, как температура, давление и среда...

Советы по использованию предохранительных клапанов: Повышение безопасности вашей системы

Исследователь провел проект системы горячего водоснабжения гостиницы, обеспечивающей круглосуточное снабжение паром (0,3 МПа) в качестве источника тепла, температурой подачи воды 60-55 градусов, с использованием...
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.