Die Schweißeigenspannungen werden durch die ungleichmäßige Temperaturverteilung der Schweißkonstruktion aufgrund des Schweißens, die thermische Ausdehnung und Kontraktion des Schweißmetalls usw. hervorgerufen, sodass die Schweißkonstruktion zwangsläufig mit der Entstehung von Eigenspannungen einhergeht.
Die gebräuchlichste Methode zum Beseitigen von Eigenspannungen ist das Anlassen bei hohen Temperaturen. Dabei wird die Schweißnaht auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und für eine bestimmte Zeit in einem Wärmebehandlungsofen gehalten. Die Streckgrenze des Materials bei hohen Temperaturen wird gesenkt, sodass an Stellen mit hoher Eigenspannung plastisches Fließen auftritt. Die elastische Verformung nimmt allmählich ab, während die plastische Verformung allmählich zunimmt, wodurch die Spannung abgebaut wird.
1. Auswahl 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 Stahlsorte.
Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen erfolgt im Allgemeinen durch einmaliges Anlassen bei hoher Temperatur oder Normalisieren und Anlassen bei hoher Temperatur. Für Gasschweißverbindungen werden Normalisieren und Anlassen bei hoher Temperatur verwendet. Dies liegt daran, dass die Körner der Gasschweißnaht und der Wärmeeinflusszone grob sind und die Körner verfeinert werden müssen, sodass Normalisieren verwendet wird.
Durch einmaliges Normalisieren können jedoch Restspannungen nicht beseitigt werden, sodass zum Abbau von Spannungen ein Anlassen bei hohen Temperaturen erforderlich ist. Ein einmaliges Anlassen bei mittleren Temperaturen ist nur für die Montage und das Schweißen großer, vor Ort montierter Behälter aus gewöhnlichem kohlenstoffarmem Stahl geeignet und dient dazu, Restspannungen teilweise abzubauen und Wasserstoff zu entfernen.
In den meisten Fällen wird eine einzige Hochtemperaturtemperung verwendet. Das Erhitzen und Abkühlen der Wärmebehandlung sollte nicht zu schnell erfolgen und die Innen- und Außenwände sollten gleichmäßig sein.
2. Wärmebehandlungsverfahren für Druckbehälter
Bei Druckbehältern werden zwei Arten von Wärmebehandlungsverfahren angewendet: eine ist die Wärmebehandlung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften; die andere ist die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT). Allgemein gesagt ist die Wärmebehandlung nach dem Schweißen die Wärmebehandlung des geschweißten Bereichs oder der geschweißten Komponenten, nachdem das Werkstück geschweißt wurde.
Zu den spezifischen Inhalten gehören Spannungsarmglühen, Vollglühen, Festkörperschmelzen, Normalisieren, Normalisieren und Anlassen, Anlassen, Spannungsarmglühen bei niedrigen Temperaturen, Ausscheidungswärmebehandlung usw.
Im engeren Sinne bezieht sich die Wärmebehandlung nach dem Schweißen nur auf das Spannungsentlastungsglühen, d. h. um die Leistung der Schweißzone zu verbessern und die schädlichen Auswirkungen der Schweißeigenspannung zu beseitigen, um die Schweißzone und die zugehörigen Teile gleichmäßig und vollständig unter den Temperaturpunkt des Metallphasenübergangs 2 zu erhitzen und dann den Prozess der gleichmäßigen Abkühlung. In vielen Fällen handelt es sich bei der besprochenen Wärmebehandlung nach dem Schweißen im Wesentlichen um eine Spannungsentlastungswärmebehandlung nach dem Schweißen.
3. Zweck der Wärmebehandlung nach dem Schweißen
1). Schweißeigenspannungen entspannen.
2). Form und Größe der Struktur stabilisieren und Verzerrungen reduzieren.
3). Verbessern Sie die Leistung von Grundmetallen und Schweißverbindungen, einschließlich:
a. Verbessern Sie die Plastizität des Schweißmetalls.
b. Reduzieren Sie die Härte der Wärmeeinflusszone.
c. Verbesserung der Bruchzähigkeit.
d. Verbessern Sie die Dauerfestigkeit.
e. Wiederherstellung bzw. Erhöhung der bei der Kaltverformung verringerten Streckgrenze.
4). Verbessern Sie die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion.
5). Geben Sie zusätzlich schädliche Gase im Schweißgut frei, insbesondere Wasserstoff, um die Entstehung von Spätrissen zu verhindern.
4. Beurteilung der Notwendigkeit von PWHT
Die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen von Druckbehältern sollte in der Konstruktion klar festgelegt sein und die aktuellen Konstruktionsspezifikationen für Druckbehälter verlangen dies.
Im geschweißten Druckbehälter gibt es im Schweißbereich eine große Restspannung, und die Restspannung hat unter bestimmten Bedingungen nachteilige Auswirkungen. Wenn sich die Restspannung mit dem Wasserstoff in der Schweißnaht verbindet, fördert dies die Aushärtung der Wärmeeinflusszone, was zur Bildung von kalten und verzögerten Rissen führt.
Wenn die statische Restspannung in der Schweißnaht oder die dynamische Belastungsspannung im Belastungsbetrieb mit der Korrosionswirkung des Mediums kombiniert werden, kann dies zu rissartiger Korrosion führen, also zur sogenannten Spannungskorrosion. Schweißeigenspannungen und die durch das Schweißen verursachte Verhärtung des Grundmetalls sind wichtige Faktoren für Spannungsrisskorrosion.
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Hauptwirkung von Verformung und Eigenspannung auf Metallmaterialien darin besteht, dass das Metall von gleichmäßiger Korrosion zu lokaler Korrosion, also zu intergranularer oder transgranularer Korrosion, übergeht. Natürlich treten sowohl Korrosionsrisse als auch intergranulare Korrosion von Metallen in Medien auf, die bestimmte Eigenschaften für dieses Metall aufweisen.
Bei vorhandenen Eigenspannungen variieren diese je nach Zusammensetzung, Konzentration und Temperatur des angreifenden Mediums sowie je nach Unterschieden in Zusammensetzung, Gefüge, Oberflächenzustand, Spannungszustand etc. von Grundwerkstoff und Schweißzone, so dass sich die Art der Korrosionsschäden verändern kann.
Ob der geschweißte Druckbehälter einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen unterzogen werden muss, sollte umfassend anhand der Verwendung und Größe des Behälters (insbesondere der Dicke der Wandplatte), der Eigenschaften der verwendeten Materialien und der Arbeitsbedingungen bestimmt werden. In einer der folgenden Situationen sollte eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen in Betracht gezogen werden:
1). Die Einsatzbedingungen sind hart, wie z. B. dickwandige Behälter, bei denen bei niedrigen Temperaturen die Gefahr eines Sprödbruchs besteht, und Behälter, die große Lasten und wechselnde Belastungen tragen.
2). Geschweißte Druckbehälter mit einer Dicke, die einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Einschließlich Kessel, petrochemische Druckbehälter usw. mit besonderen Vorschriften und Spezifikationen.
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.
In geschweißten Druckbehältern aus Stahl entstehen im Bereich nahe der Schweißnaht Restspannungen bis zur Streckgrenze. Die Entstehung dieser Spannung hängt mit der Umwandlung der mit Austenit vermischten Struktur zusammen. Viele Forscher wiesen darauf hin, dass das Anlassen bei 650 Grad eine gute Wirkung auf den geschweißten Druckbehälter aus Stahl haben kann, um die Restspannung nach dem Schweißen zu beseitigen.
Gleichzeitig geht man davon aus, dass ohne eine entsprechende Wärmebehandlung nach dem Schweißen nicht immer korrosionsbeständige Schweißverbindungen erzielt werden können.
Es wird allgemein angenommen, dass die Spannungsarmglühung ein Prozess ist, bei dem das Schweißwerkstück auf 500-650 Grad erhitzt und dann langsam abgekühlt wird. Die Spannungsreduzierung ist auf Kriechen bei hohen Temperaturen zurückzuführen, beginnend bei 450 Grad bei Kohlenstoffstählen und ab 550 Grad bei molybdänhaltigen Stählen.
Je höher die Temperatur, desto einfacher ist es, die Spannung abzubauen. Sobald jedoch die ursprüngliche Anlasstemperatur des Stahls überschritten wird, nimmt die Festigkeit des Stahls ab. Daher muss die Wärmebehandlung zur Spannungsentlastung die beiden unverzichtbaren Elemente Temperatur und Zeit beherrschen.
Die innere Spannung der Schweißnaht geht jedoch immer mit Zugspannung und Druckspannung einher, und es treten gleichzeitig Spannung und elastische Verformung auf. 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 Heiztemperatur, desto besser wird die innere Spannung abgebaut. Wenn die Temperatur jedoch zu hoch ist, oxidiert die Oberfläche des Stahls stark. Darüber hinaus sollte die PWHT-Temperatur von vergütetem Stahl grundsätzlich die ursprüngliche Anlasstemperatur des Stahls nicht überschreiten, die im Allgemeinen etwa 30 Grad niedriger ist als die ursprüngliche Anlasstemperatur des Stahls, da das Material sonst die Vergütungswirkung verliert und die Festigkeit und Bruchzähigkeit abnehmen. Dieser Punkt sollte von Wärmebehandlungsarbeitern besonders beachtet werden.
Je höher die Wärmebehandlungstemperatur nach dem Schweißen zur Beseitigung innerer Spannungen ist, desto stärker wird der Stahl erweicht. Normalerweise können die inneren Spannungen durch Erhitzen auf die Rekristallisationstemperatur des Stahls beseitigt werden. Die Rekristallisationstemperatur hängt eng mit der Schmelztemperatur zusammen.
Im Allgemeinen beträgt die Rekristallisationstemperatur K=0,4×Schmelztemperatur (K). Je näher die Wärmebehandlungstemperatur an der Rekristallisationstemperatur liegt, desto wirksamer ist die Beseitigung von Restspannungen.
5. Berücksichtigung der umfassenden Wirkung von PWHT
Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist nicht unbedingt vorteilhaft. Im Allgemeinen ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen vorteilhaft, um Restspannungen abzubauen, und wird nur durchgeführt, wenn strenge Anforderungen hinsichtlich Spannungskorrosion bestehen.
Der Schlagzähigkeitstest der Probe zeigt jedoch, dass sich die Wärmebehandlung nach dem Schweißen nicht positiv auf die Zähigkeit des aufgetragenen Metalls und der Schweißwärmeeinflusszone auswirkt und dass es manchmal zu intergranularen Rissen im Kornvergröberungsbereich der Schweißwärmeeinflusszone kommen kann.
Darüber hinaus beruht PWHT auf der Verringerung der Materialfestigkeit bei hohen Temperaturen, um eine Spannungsentlastung zu erreichen. Daher kann die Struktur während des PWHT an Steifigkeit verlieren. Bei der Struktur des Gesamt- oder Teil-PWHT muss vor der Wärmebehandlung das Schweißen bei hohen Temperaturen berücksichtigt werden. Tragfähigkeit.
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 Aspekte der Leistungsverbesserung und Aspekte der Leistungsreduzierung. Angemessene Urteile sollten auf der Grundlage einer umfassenden Berücksichtigung beider Aspekte getroffen werden.
