Ứng suất dư hàn là do sự phân bố nhiệt độ không đều của mối hàn gây ra, sự giãn nở và co lại vì nhiệt của kim loại hàn, v.v., do đó ứng suất dư chắc chắn sẽ phát sinh cùng với kết cấu hàn.
Phương pháp phổ biến nhất để loại bỏ ứng suất dư là ram ở nhiệt độ cao, nghĩa là nung mối hàn đến một nhiệt độ nhất định và giữ trong một khoảng thời gian nhất định trong lò xử lý nhiệt, giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ cao được giảm xuống, do đó xảy ra hiện tượng chảy dẻo ở nơi có ứng suất bên trong cao, biến dạng đàn hồi giảm dần và biến dạng dẻo tăng dần để giảm ứng suất.
1. Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt
Tác động của xử lý nhiệt sau hàn lên độ bền kéo và giới hạn biến dạng của kim loại liên quan đến nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt của xử lý nhiệt. Tác động của xử lý nhiệt sau hàn lên độ dai va đập của kim loại hàn thay đổi tùy theo các loại thép khác nhau.
Xử lý nhiệt sau khi hàn thường áp dụng phương pháp tôi luyện nhiệt độ cao đơn hoặc chuẩn hóa và tôi luyện nhiệt độ cao. Đối với mối hàn khí, sử dụng phương pháp chuẩn hóa và tôi luyện nhiệt độ cao. Điều này là do hạt của mối hàn khí và vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt là thô, hạt cần được tinh chế, do đó sử dụng phương pháp chuẩn hóa.
Tuy nhiên, chuẩn hóa đơn không thể loại bỏ ứng suất dư, do đó cần phải tôi luyện ở nhiệt độ cao để loại bỏ ứng suất. Tôi luyện ở nhiệt độ trung bình đơn chỉ phù hợp với việc lắp ráp và hàn các thùng chứa thép cacbon thấp thông thường lớn được lắp ráp tại chỗ, mục đích của nó là loại bỏ một phần ứng suất dư và loại bỏ hydro.
Trong hầu hết các trường hợp, sử dụng một lần tôi luyện nhiệt độ cao. Quá trình làm nóng và làm nguội của quá trình xử lý nhiệt không được quá nhanh, thành trong và thành ngoài phải đồng đều.
2. Phương pháp xử lý nhiệt cho bình chịu áp lực
Có hai loại phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng trong bình chịu áp suất: một là xử lý nhiệt để cải thiện các đặc tính cơ học; loại còn lại là xử lý nhiệt sau hàn (PWHT). Nói chung, xử lý nhiệt sau hàn là xử lý nhiệt khu vực hàn hoặc các thành phần hàn sau khi phôi được hàn.
Nội dung cụ thể bao gồm ủ giảm ứng suất, ủ hoàn toàn, nấu chảy rắn, chuẩn hóa, chuẩn hóa và ram, ram, giảm ứng suất ở nhiệt độ thấp, xử lý nhiệt kết tủa, v.v.
Theo nghĩa hẹp, xử lý nhiệt sau hàn chỉ đề cập đến ủ giảm ứng suất, tức là để cải thiện hiệu suất của vùng hàn và loại bỏ tác hại của ứng suất dư hàn, để làm nóng đồng đều và toàn bộ vùng hàn và các bộ phận liên quan dưới điểm nhiệt độ của pha kim loại chuyển tiếp 2., và sau đó là quá trình làm mát đồng đều. Trong nhiều trường hợp, xử lý nhiệt sau hàn được thảo luận về bản chất là xử lý nhiệt giảm ứng suất sau hàn.
3. Mục đích của xử lý nhiệt sau hàn
1). Làm giảm ứng suất dư khi hàn.
2). Ổn định hình dạng và kích thước của cấu trúc và giảm biến dạng.
3). Cải thiện hiệu suất của kim loại cơ bản và mối hàn, bao gồm:
a. Cải thiện tính dẻo của kim loại mối hàn.
b. Giảm độ cứng của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.
c. Cải thiện độ bền gãy.
d. Cải thiện độ bền mỏi.
e. Phục hồi hoặc tăng cường độ chịu lực bị giảm trong quá trình tạo hình nguội.
4). Nâng cao khả năng chống ăn mòn ứng suất.
5). Giải phóng thêm khí độc hại trong kim loại hàn, đặc biệt là hydro, để ngăn ngừa sự xuất hiện của các vết nứt chậm.
4. Đánh giá tính cần thiết của PWHT
Nhu cầu xử lý nhiệt sau hàn đối với bình chịu áp lực phải được nêu rõ trong thiết kế và các thông số kỹ thuật thiết kế hiện hành đối với bình chịu áp lực đều yêu cầu điều này.
Trong bình chịu áp suất hàn, có ứng suất dư lớn trong khu vực hàn, ứng suất dư có tác dụng bất lợi. biểu hiện trong một số điều kiện nhất định. Khi ứng suất dư kết hợp với hydro trong mối hàn, nó sẽ thúc đẩy sự cứng lại của vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt, dẫn đến sự phát triển của các vết nứt lạnh và vết nứt chậm.
Khi ứng suất tĩnh dư trong mối hàn hoặc ứng suất tải động trong quá trình tải kết hợp với tác động ăn mòn của môi trường, có thể gây ra ăn mòn dạng nứt, tức là ăn mòn ứng suất. Ứng suất dư hàn và sự cứng lại của kim loại cơ bản do hàn gây ra là những yếu tố quan trọng đối với nứt ăn mòn ứng suất.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tác động chính của biến dạng và ứng suất dư lên vật liệu kim loại là làm thay đổi kim loại từ ăn mòn đồng đều sang ăn mòn cục bộ, tức là ăn mòn liên hạt hoặc ăn mòn xuyên hạt. Tất nhiên, cả nứt ăn mòn và ăn mòn liên hạt của kim loại đều xảy ra trong môi trường có một số tính chất nhất định đối với kim loại đó.
Khi có ứng suất dư, nó thay đổi tùy theo thành phần, nồng độ và nhiệt độ của môi trường ăn mòn, cũng như sự khác biệt về thành phần, cấu trúc, trạng thái bề mặt, trạng thái ứng suất, v.v. của kim loại cơ bản và vùng hàn, do đó bản chất ăn mòn của hư hỏng có thể thay đổi.
Bình chịu áp hàn có cần xử lý nhiệt sau hàn hay không cần phải được xác định toàn diện từ mục đích sử dụng và kích thước của bình (đặc biệt là độ dày của tấm thành), tính chất của vật liệu sử dụng và điều kiện làm việc. Trong một trong những trường hợp sau, cần xem xét xử lý nhiệt sau hàn:
1). Điều kiện sử dụng khắc nghiệt, chẳng hạn như các thùng chứa có thành dày có nguy cơ bị gãy giòn khi làm việc ở nhiệt độ thấp và các thùng chứa chịu tải trọng lớn và tải trọng thay đổi liên tục.
2). Bình chịu áp hàn có độ dày vượt quá giới hạn nhất định. Bao gồm nồi hơi, bình chịu áp hóa dầu, v.v. có quy định và thông số kỹ thuật đặc biệt.
3). Bình chịu áp suất có độ ổn định kích thước cao.
4). Các thùng chứa làm bằng thép có xu hướng cứng lại cao.
5). Bình chịu áp suất có nguy cơ nứt do ăn mòn ứng suất.
6). Các bình chịu áp suất khác được quy định bởi các quy định, thông số kỹ thuật và bản vẽ đặc biệt.
Trong bình chịu áp lực hàn bằng thép, ứng suất dư lên đến điểm giới hạn chảy phát triển ở vùng gần mối hàn. Sự phát sinh ứng suất này liên quan đến sự biến đổi cấu trúc trộn lẫn với austenit. Nhiều nhà nghiên cứu chỉ ra rằng để loại bỏ ứng suất dư sau khi hàn, việc tôi ở nhiệt độ 650 độ có thể có tác dụng tốt đối với bình chịu áp lực hàn bằng thép.
Đồng thời, người ta cho rằng nếu không xử lý nhiệt thích hợp sau khi hàn thì không phải lúc nào cũng có được mối hàn chống ăn mòn.
Người ta thường cho rằng xử lý nhiệt giảm ứng suất là quá trình trong đó phôi hàn được nung nóng đến 500-650 độ rồi làm nguội chậm. Việc giảm ứng suất là do sự biến dạng ở nhiệt độ cao, bắt đầu từ 450 độ trong thép cacbon và từ 550 độ trong thép chứa molypden.
Nhiệt độ càng cao thì càng dễ giải tỏa ứng suất. Nhưng một khi vượt quá nhiệt độ tôi luyện ban đầu của thép thì cường độ của thép sẽ giảm. Do đó, xử lý nhiệt giải tỏa ứng suất phải nắm vững hai yếu tố nhiệt độ và thời gian, đây là hai yếu tố không thể thiếu.
Tuy nhiên, trong ứng suất bên trong của mối hàn, ứng suất kéo và ứng suất nén luôn đi kèm, ứng suất và biến dạng đàn hồi tồn tại đồng thời. Khi nhiệt độ của thép tăng, giới hạn chảy giảm, biến dạng đàn hồi ban đầu trở thành biến dạng dẻo, tức là ứng suất giãn.
Nhiệt độ gia nhiệt càng cao thì ứng suất bên trong được giải tỏa càng đủ. Tuy nhiên, khi nhiệt độ quá cao, bề mặt thép sẽ bị oxy hóa nghiêm trọng. Ngoài ra, đối với nhiệt độ PWHT của thép đã tôi và ram, nguyên tắc không được vượt quá nhiệt độ ram ban đầu của thép, thường thấp hơn khoảng 30 độ so với nhiệt độ ram ban đầu của thép, nếu không vật liệu sẽ mất tác dụng tôi và ram, độ bền và độ dẻo dai khi gãy sẽ giảm. Điểm này cần được công nhân xử lý nhiệt đặc biệt chú ý.
Nhiệt độ xử lý nhiệt sau khi hàn càng cao để loại bỏ ứng suất bên trong thì mức độ làm mềm thép càng lớn. Thông thường, ứng suất bên trong có thể được loại bỏ bằng cách nung nóng đến nhiệt độ kết tinh lại của thép. Nhiệt độ kết tinh lại có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ nóng chảy.
Nhìn chung, nhiệt độ kết tinh lại K=0.4×nhiệt độ nóng chảy (K). Nhiệt độ xử lý nhiệt càng gần nhiệt độ kết tinh lại thì hiệu quả loại bỏ ứng suất dư càng cao.
5. Xem xét tác động toàn diện của PWHT
Xử lý nhiệt sau khi hàn không hoàn toàn có lợi. Nhìn chung, xử lý nhiệt sau khi hàn có lợi cho việc giảm ứng suất dư và chỉ được thực hiện khi có yêu cầu nghiêm ngặt về ăn mòn ứng suất.
Tuy nhiên, thử nghiệm độ bền va đập của mẫu vật cho thấy xử lý nhiệt sau hàn không tốt cho độ bền của kim loại được hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn, đôi khi có thể xảy ra nứt giữa các hạt trong phạm vi hạt thô của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn.
Hơn nữa, PWHT dựa vào việc giảm độ bền vật liệu ở nhiệt độ cao để đạt được sự giải tỏa ứng suất. Do đó, trong quá trình PWHT, cấu trúc có thể mất độ cứng. Đối với cấu trúc của PWHT toàn bộ hoặc một phần, mối hàn ở nhiệt độ cao phải được xem xét trước khi xử lý nhiệt. khả năng chịu lực.
Do đó, khi cân nhắc có nên tiến hành xử lý nhiệt sau hàn hay không, cần so sánh toàn diện ưu và nhược điểm của xử lý nhiệt. Theo quan điểm về hiệu suất kết cấu, có khía cạnh cải thiện hiệu suất, có khía cạnh làm giảm hiệu suất. Cần đưa ra phán đoán hợp lý trên cơ sở xem xét toàn diện cả hai khía cạnh.
