Schweißeigenspannungen werden durch die ungleichmäßige Temperaturverteilung der Schweißnähte verursacht, die durch Schweißen, Wärmeausdehnung und -kontraktion des Schweißguts usw. verursacht wird, sodass während der Schweißkonstruktion zwangsläufig Eigenspannungen entstehen. Die gebräuchlichste Methode zur Beseitigung von Eigenspannungen ist das Hochtemperaturanlassen, d. h. die Schweißnaht wird in einen Wärmebehandlungsofen gelegt, auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und für einen bestimmten Zeitraum warm gehalten. Die Streckgrenze des Materials wird bei hoher Temperatur verringert, so dass an Stellen mit hoher innerer Spannung ein plastisches Fließen auftritt, die elastische Verformung allmählich abnimmt und die plastische Verformung allmählich zunimmt, um die Spannung zu reduzieren.
01 Wahl der Wärmebehandlungsmethode
Die Auswirkung der Wärmebehandlung nach dem Schweißen auf die Zugfestigkeit und Kriechgrenze des Metalls hängt von der Temperatur und der Haltezeit der Wärmebehandlung ab. Die Auswirkung der Wärmebehandlung nach dem Schweißen auf die Schlagzähigkeit des Schweißguts variiert je nach Stahltyp. Bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen erfolgt im Allgemeinen ein einmaliges Hochtemperaturanlassen oder Normalisieren plus Hochtemperaturanlassen. Für Gasschweißnähte wird eine normalisierende Wärmebehandlung mit Hochtemperaturanlassen verwendet. Dies liegt daran, dass die Körner von Gasschweißnähten und Wärmeeinflusszonen grob sind und verfeinert werden müssen, weshalb eine Normalisierungsbehandlung angewendet wird. Eine einmalige Normalisierung kann die Restspannung jedoch nicht beseitigen, sodass zur Beseitigung der Spannung ein Hochtemperaturanlassen erforderlich ist. Das einmalige Anlassen bei mittlerer Temperatur eignet sich nur für das Montageschweißen von großen, vor Ort zusammengebauten Behältern aus gewöhnlichem kohlenstoffarmen Stahl und dient der teilweisen Beseitigung von Eigenspannungen und Dehydrierung. In den meisten Fällen wird ein einmaliges Hochtemperaturanlassen verwendet. Das Aufheizen und Abkühlen der Wärmebehandlung sollte nicht zu schnell erfolgen und die Innen- und Außenwände sollten gleichmäßig sein.
02 Wärmebehandlungsmethoden für Druckbehälter
Es gibt zwei Arten von Wärmebehandlungsmethoden, die in Druckbehältern eingesetzt werden: Die eine ist die Wärmebehandlung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften; die andere ist die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT). Im weitesten Sinne ist die Wärmebehandlung nach dem Schweißen die Wärmebehandlung des Schweißbereichs oder der geschweißten Bauteile nach dem Schweißen des Werkstücks. Zu den spezifischen Inhalten gehören Spannungsarmglühen, Vollglühen, Lösung, Normalisieren, Normalisieren und Anlassen, Anlassen, Spannungsabbau bei niedriger Temperatur, Ausscheidungswärmebehandlung usw. Im engeren Sinne bezieht sich die Wärmebehandlung nach dem Schweißen nur auf Spannungsarmglühen. Das heißt, um die Leistung des Schweißbereichs zu verbessern und schädliche Auswirkungen wie Schweißeigenspannungen zu beseitigen, werden der Schweißbereich und die zugehörigen Teile gleichmäßig und vollständig unter den Metallphasenumwandlungstemperaturpunkt 2 erhitzt und dann gleichmäßig abgekühlt. In vielen Fällen handelt es sich bei der diskutierten Wärmebehandlung nach dem Schweißen im Wesentlichen um eine Wärmebehandlung zum Spannungsabbau nach dem Schweißen.
03Zweck der Wärmebehandlung nach dem Schweißen
1. Schweißeigenspannung entspannen.
2. Stabilisieren Sie Form und Größe der Struktur und reduzieren Sie Verzerrungen.
3. Verbessern Sie die Leistung des Grundmaterials und der Schweißverbindungen, einschließlich: a. Verbessern Sie die Plastizität des Schweißgutes. B. Reduzieren Sie die Härte der Wärmeeinflusszone. C. Verbessern Sie die Bruchzähigkeit. D. Ermüdungsfestigkeit verbessern. e. Wiederherstellung oder Verbesserung der bei der Kaltumformung verringerten Streckgrenze.
4. Verbessern Sie die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion.
5. Weitere schädliche Gase im Schweißgut, insbesondere Wasserstoff, freisetzen, um die Entstehung von Spätrissen zu verhindern.
04Beurteilung der Notwendigkeit von PWHT
Ob der Druckbehälter eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen benötigt, sollte in der Konstruktion klar festgelegt werden, und die aktuellen Konstruktionsspezifikationen für Druckbehälter enthalten entsprechende Anforderungen.
Bei geschweißten Druckbehältern gibt es große Eigenspannungen im Schweißbereich und die nachteiligen Auswirkungen von Eigenspannungen. Nur unter bestimmten Bedingungen manifestieren sich. Wenn sich die Eigenspannung mit dem Wasserstoff in der Schweißnaht verbindet, fördert sie die Aushärtung der Wärmeeinflusszone, was zur Entstehung von Kaltrissen und Spätrissen führt.
Wenn die in der Schweißnaht verbleibende statische Spannung oder die dynamische Beanspruchung im Lastbetrieb mit der korrosiven Wirkung des Mediums kombiniert wird, kann es zu Risskorrosion kommen, die als Spannungskorrosion bezeichnet wird. Schweißeigenspannungen und die durch das Schweißen verursachte Aufhärtung des Grundmaterials sind wichtige Faktoren bei der Entstehung von Spannungsrisskorrosionsrissen.
Xinfa-Schweißgeräte zeichnen sich durch hohe Qualität und niedrigen Preis aus. Weitere Informationen finden Sie unter:Schweißen und Schneiden Hersteller - China Schweißen und Schneiden Fabrik und Lieferanten (xinfatools.com)
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Hauptwirkung von Verformung und Eigenspannung auf Metallmaterialien darin besteht, das Metall von gleichmäßiger Korrosion in lokale Korrosion, also in interkristalline oder transkristalline Korrosion, umzuwandeln. Natürlich kommt es sowohl zu Metallkorrosionsrissen als auch zu interkristalliner Korrosion in Medien mit bestimmten Eigenschaften des Metalls. Bei Vorhandensein von Eigenspannungen kann sich die Art des Korrosionsschadens je nach Zusammensetzung, Konzentration und Temperatur des korrosiven Mediums sowie den Unterschieden in der Zusammensetzung, Organisation, dem Oberflächenzustand, dem Spannungszustand usw. des Grundmaterials ändern und die Schweißzone.
Ob geschweißte Druckbehälter eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen benötigen, sollte durch eine umfassende Betrachtung des Zwecks, der Größe (insbesondere der Wandstärke), der Leistung der verwendeten Materialien und der Arbeitsbedingungen des Behälters entschieden werden. In den folgenden Situationen sollte eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen in Betracht gezogen werden:
1. Raue Betriebsbedingungen, wie z. B. dickwandige Behälter mit der Gefahr eines Sprödbruchs bei niedrigen Temperaturen und Behälter, die großen Lasten und Wechsellasten ausgesetzt sind.
2. Geschweißte Druckbehälter mit einer Dicke, die einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Einschließlich Kessel, petrochemische Druckbehälter usw., für die besondere Vorschriften und Spezifikationen gelten.
3. Druckbehälter mit hoher Dimensionsstabilität.
4. Behälter aus Stahl mit hoher Verhärtungsneigung.
5. Druckbehälter mit der Gefahr von Spannungsrisskorrosion.
6. Andere Druckbehälter, die durch besondere Vorschriften, Spezifikationen und Zeichnungen spezifiziert sind.
Bei aus Stahl geschweißten Druckbehältern entstehen im Bereich der Schweißnaht Eigenspannungen, die die Streckgrenze erreichen. Die Entstehung dieser Spannung hängt mit der Umwandlung der mit Austenit vermischten Struktur zusammen. Viele Forscher weisen darauf hin, dass ein Anlassen bei 650 Grad eine gute Wirkung auf geschweißte Stahldruckbehälter haben kann, um Restspannungen nach dem Schweißen zu beseitigen.
Gleichzeitig wird davon ausgegangen, dass ohne eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung nach dem Schweißen keine korrosionsbeständigen Schweißverbindungen erzielt werden können.
Es wird allgemein angenommen, dass die Spannungsarmglühbehandlung ein Prozess ist, bei dem das geschweißte Werkstück auf 500–650 Grad erhitzt und dann langsam abgekühlt wird. Die Spannungsreduzierung wird durch Kriechen bei hohen Temperaturen verursacht, das bei Kohlenstoffstahl bei 450 Grad und bei molybdänhaltigem Stahl bei 550 Grad beginnt.
Je höher die Temperatur, desto leichter lässt sich Stress abbauen. Sobald jedoch die ursprüngliche Anlasstemperatur des Stahls überschritten wird, verringert sich die Festigkeit des Stahls. Daher muss die Wärmebehandlung zum Spannungsabbau die beiden Elemente Temperatur und Zeit beherrschen, und keines von beiden ist unabdingbar.
Bei der inneren Spannung der Schweißkonstruktion gehen jedoch immer Zugspannung und Druckspannung einher, und es liegen gleichzeitig Spannung und elastische Verformung vor. Wenn die Temperatur des Stahls steigt, nimmt die Streckgrenze ab und die ursprüngliche elastische Verformung wird zu einer plastischen Verformung, also einer Spannungsrelaxation.
Je höher die Erwärmungstemperatur, desto vollständiger wird die innere Spannung beseitigt. Wenn die Temperatur jedoch zu hoch ist, wird die Stahloberfläche stark oxidiert. Darüber hinaus sollte für die PWHT-Temperatur von vergütetem Stahl grundsätzlich die ursprüngliche Anlasstemperatur des Stahls nicht überschritten werden, die im Allgemeinen etwa 30 Grad niedriger ist als die ursprüngliche Anlasstemperatur des Stahls, da sonst das Material die Abschreckung verliert und Es kommt zu einer Vergütungswirkung und die Festigkeit und Bruchzähigkeit werden verringert. Diesem Punkt sollte den Mitarbeitern der Wärmebehandlung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Je höher die Wärmebehandlungstemperatur nach dem Schweißen zur Beseitigung innerer Spannungen ist, desto größer ist der Erweichungsgrad des Stahls. Normalerweise kann die innere Spannung durch Erhitzen auf die Rekristallisationstemperatur des Stahls beseitigt werden. Die Rekristallisationstemperatur hängt eng mit der Schmelztemperatur zusammen. Im Allgemeinen ist die Rekristallisationstemperatur K = 0,4X Schmelztemperatur (K). Je näher die Wärmebehandlungstemperatur an der Rekristallisationstemperatur liegt, desto effektiver ist sie bei der Beseitigung von Eigenspannungen.
04 Betrachtung der umfassenden Wirkung von PWHT
Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist nicht unbedingt vorteilhaft. Im Allgemeinen trägt eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen zum Abbau von Eigenspannungen bei und wird nur durchgeführt, wenn strenge Anforderungen an Spannungskorrosion bestehen. Der Schlagzähigkeitstest der Proben zeigte jedoch, dass die Wärmebehandlung nach dem Schweißen nicht zur Verbesserung der Zähigkeit des abgeschiedenen Metalls und der Wärmeeinflusszone beitrug und dass es manchmal zu interkristallinen Rissen innerhalb des Kornvergröberungsbereichs der Wärmeeinflusszone kommen kann Zone.
Darüber hinaus setzt PWHT auf die Reduzierung der Materialfestigkeit bei hohen Temperaturen, um Spannungen zu vermeiden. Daher kann die Struktur während des PWHT an Steifigkeit verlieren. Bei Konstruktionen, die ganz oder teilweise PWHT verwenden, muss vor der Wärmebehandlung die Tragfähigkeit der Schweißkonstruktion bei hohen Temperaturen berücksichtigt werden.
Daher sollten bei der Überlegung, ob eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt werden soll, die Vor- und Nachteile der Wärmebehandlung umfassend verglichen werden. Aus Sicht der strukturellen Leistung gibt es eine Seite, die die Leistung verbessert, und eine Seite, die die Leistung verringert. Eine vernünftige Beurteilung sollte auf der Grundlage der grundlegenden Arbeit einer umfassenden Berücksichtigung beider Aspekte erfolgen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 04.09.2024
