تنش پسماند جوشکاری ناشی از توزیع دمای ناهموار جوش ناشی از جوشکاری، انبساط و انقباض حرارتی فلز جوش و غیره است، بنابراین تنش پسماند به طور اجتناب‌ناپذیری همراه با ساخت جوش ایجاد می‌شود.
متداول ترین روش برای از بین بردن تنش پسماند، تلطیف در دمای بالا است، یعنی جوش تا دمای معینی گرم می شود و برای مدت زمان معینی در کوره عملیات حرارتی نگهداری می شود و حد تسلیم ماده در دمای بالا کاهش می یابد. به طوری که جریان پلاستیک در مکانی با تنش داخلی زیاد رخ می دهد، تغییر شکل الاستیک به تدریج کاهش می یابد و تغییر شکل پلاستیک به تدریج افزایش می یابد تا تنش کاهش یابد.
1. انتخاب روش عملیات حرارتی
تأثیر عملیات حرارتی پس از جوش بر مقاومت کششی و حد خزش فلز به دما و زمان نگهداری عملیات حرارتی مربوط می شود. تأثیر عملیات حرارتی پس از جوش بر روی چقرمگی ضربه فلز جوش با گریدهای مختلف فولاد متفاوت است.
عملیات حرارتی پس از جوش به طور کلی از تلطیف با دمای بالا یا نرمال و معتدل دمای بالا استفاده می کند. برای اتصالات جوش گازی از نرمال سازی و تلطیف دمای بالا استفاده می شود. این به این دلیل است که دانه های درز جوش گاز و ناحیه متاثر از حرارت درشت هستند و دانه ها نیاز به تصفیه دارند، بنابراین از نرمال سازی استفاده می شود.
با این حال، نرمال سازی منفرد نمی تواند تنش باقیمانده را از بین ببرد، بنابراین برای از بین بردن تنش نیاز به تعدیل دمای بالا است. یک معتدل با دمای متوسط تنها برای مونتاژ و جوشکاری ظروف بزرگ فولادی کم کربن معمولی که در محل مونتاژ شده اند مناسب است و هدف آن حذف نسبی تنش پسماند و حذف هیدروژن است.
در بیشتر موارد، از یک تمپرینگ با دمای بالا استفاده می شود. گرمایش و سرمایش عملیات حرارتی نباید خیلی سریع باشد و دیوارهای داخلی و خارجی باید یکنواخت باشند.
2. روش عملیات حرارتی برای مخزن تحت فشار
دو نوع روش عملیات حرارتی مورد استفاده در مخازن تحت فشار وجود دارد: یکی عملیات حرارتی برای بهبود خواص مکانیکی. مورد دیگر عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) است. به طور کلی، عملیات حرارتی پس از جوش، عملیات حرارتی ناحیه جوش یا اجزای جوش داده شده پس از جوشکاری قطعه کار است.
محتویات خاص شامل بازپخت تنش زدایی، بازپخت کامل، ذوب جامد، نرمال کردن، نرمال کردن و معتدل کردن، معتدل کردن، کاهش تنش در دمای پایین، عملیات حرارتی بارش و غیره است.
در مفهوم محدود، عملیات حرارتی پس از جوشکاری تنها به بازپخت تنش زدایی اشاره دارد، یعنی به منظور بهبود عملکرد ناحیه جوشکاری و از بین بردن اثرات مضر تنش پسماند جوشکاری، به طوری که به طور یکنواخت و کامل ناحیه جوشکاری گرم شود. و قطعات مربوطه در زیر نقطه دمایی انتقال فاز فلزی 2. و سپس فرآیند خنک سازی یکنواخت. در بسیاری از موارد، عملیات حرارتی پس از جوش مورد بحث اساساً عملیات حرارتی کاهش تنش پس از جوش است.
3. هدف از عملیات حرارتی پس از جوش
1). تنش پسماند جوشکاری را آرام کنید.
2). شکل و اندازه سازه را تثبیت کنید و اعوجاج را کاهش دهید.
3). بهبود عملکرد فلز پایه و اتصالات جوش داده شده، از جمله:
الف انعطاف پذیری فلز جوش را بهبود بخشید.
ب سختی ناحیه تحت تاثیر حرارت را کاهش دهید.
ج بهبود چقرمگی شکست.
د بهبود قدرت خستگی
ه. بازیابی یا افزایش قدرت تسلیم کاهش یافته در شکل دهی سرد.
4). بهبود توانایی مقاومت در برابر خوردگی استرس.
5). برای جلوگیری از بروز ترک های تاخیری، گاز مضر فلز جوش، به ویژه هیدروژن را بیشتر آزاد کنید.
4. قضاوت در مورد لزوم PWHT
ضرورت عملیات حرارتی پس از جوش برای مخازن تحت فشار باید به وضوح در طراحی مشخص شود و مشخصات طراحی فعلی برای مخازن تحت فشار این امر را ایجاب می کند.
در مخزن تحت فشار جوش داده شده، تنش پسماند زیادی در ناحیه جوش وجود دارد و تنش پسماند اثر نامطلوبی دارد. تحت شرایط خاصی آشکار می شود. هنگامی که تنش پسماند با هیدروژن موجود در جوش ترکیب می شود، باعث سخت شدن ناحیه متاثر از گرما می شود و منجر به ایجاد ترک های سرد و تاخیری می شود.
هنگامی که تنش استاتیکی پسماند در جوش یا تنش بار دینامیکی در عملیات بارگذاری با اثر خوردگی محیط ترکیب می شود، ممکن است باعث خوردگی ترک مانند شود، که اصطلاحاً به آن خوردگی تنشی می گویند. تنش پسماند جوشکاری و سخت شدن فلز پایه ناشی از جوشکاری عوامل مهمی برای ترک خوردگی تنشی هستند.
نتایج تحقیق نشان می دهد که اثر اصلی تغییر شکل و تنش پسماند بر روی مواد فلزی، تبدیل فلز از خوردگی یکنواخت به خوردگی موضعی، یعنی به خوردگی بین دانه ای یا ترانس دانه ای است. البته هم ترک خوردگی و هم خوردگی بین دانه ای فلزات در محیط هایی اتفاق می افتد که خواص خاصی برای آن فلز دارند.
در صورت وجود تنش پسماند، با توجه به ترکیب، غلظت و دمای محیط تهاجمی، و همچنین تفاوت در ترکیب، ساختار، حالت سطح، حالت تنش و غیره فلز پایه و ناحیه جوش تغییر می‌کند. به طوری که خوردگی ماهیت آسیب ممکن است تغییر کند.
اینکه آیا مخزن تحت فشار جوش داده شده باید تحت عملیات حرارتی پس از جوش قرار گیرد یا خیر، باید به طور جامع با توجه به کاربرد و اندازه مخزن (به ویژه ضخامت صفحه دیوار)، خواص مواد مورد استفاده و شرایط کار تعیین شود. در یکی از شرایط زیر، عملیات حرارتی پس از جوشکاری باید در نظر گرفته شود:
1). شرایط استفاده سخت است، مانند ظروف با دیواره ضخیم که در هنگام کار در دماهای پایین در معرض خطر شکستگی هستند، و ظروفی که بارهای بزرگ و بارهای متناوب را تحمل می کنند.
2). مخازن تحت فشار جوش داده شده با ضخامت بیش از حد معین. اعم از بویلر، مخازن تحت فشار پتروشیمی و ... با مقررات و مشخصات خاص.
3). مخازن تحت فشار با ثبات ابعادی بالا.
4). ظروف ساخته شده از فولاد با تمایل بالا به سخت شدن.
5). مخازن تحت فشار با خطر ترک خوردگی ناشی از استرس.
6). سایر مخازن تحت فشار که توسط مقررات، مشخصات و نقشه های خاص مشخص شده اند.
در مخازن تحت فشار فولادی، تنش های پسماند تا نقطه تسلیم در ناحیه نزدیک به جوش ایجاد می شود. ایجاد این تنش به تغییر ساختار مخلوط با آستنیت مربوط می شود. بسیاری از محققین خاطرنشان کردند که برای از بین بردن تنش پسماند پس از جوشکاری، تمپر 650 درجه می تواند تأثیر خوبی بر مخزن فشار فولادی جوش داده شود.
در عین حال، اعتقاد بر این است که بدون عملیات حرارتی مناسب پس از جوشکاری، اتصالات جوشی مقاوم در برابر خوردگی را نمی توان همیشه به دست آورد.
عموماً اعتقاد بر این است که عملیات حرارتی کاهش تنش فرآیندی است که در آن قطعه کار جوشکاری تا 500-650 درجه گرم شده و سپس به آرامی سرد می‌شود. کاهش تنش به دلیل خزش در دمای بالا است که از 450 درجه در فولادهای کربنی و از 550 درجه در فولادهای حاوی مولیبدن شروع می شود.
هر چه دما بالاتر باشد، کاهش استرس آسان تر است. اما به محض اینکه دمای اولیه فولاد بیشتر شود، استحکام فولاد کاهش می یابد. بنابراین، عملیات حرارتی تنش زدایی باید بر دو عنصر دما و زمان که ضروری هستند تسلط داشته باشد.
با این حال، در تنش داخلی جوش، تنش کششی و تنش فشاری همیشه همراه است و تنش و تغییر شکل الاستیک به طور همزمان وجود دارد. هنگامی که دمای فولاد افزایش می‌یابد، استحکام تسلیم کاهش می‌یابد و تغییر شکل الاستیک اولیه به تغییر شکل پلاستیکی تبدیل می‌شود که کاهش تنش است.
هرچه دمای گرمایش بیشتر باشد، تنش داخلی به اندازه کافی کاهش می یابد. با این حال، زمانی که درجه حرارت بیش از حد بالا باشد، سطح فولاد به طور جدی اکسید می شود. علاوه بر این، برای دمای PWHT فولاد کوئنچ شده و سکوریت شده، اصل نباید از دمای اولیه فولاد که معمولاً حدود 30 درجه پایین‌تر از دمای اولیه فولاد است، تجاوز کند، در غیر این صورت ماده خاموش شدن و از دست دادن خواهد داشت. اثر تعدیل، و استحکام و چقرمگی شکست کاهش می یابد. کاهش دهد. این نکته برای کارگران عملیات حرارتی باید مورد توجه ویژه قرار گیرد.
هر چه دمای عملیات حرارتی پس از جوش برای از بین بردن تنش داخلی بالاتر باشد، درجه نرم شدن فولاد بیشتر می شود. معمولاً تنش داخلی را می توان با حرارت دادن به دمای تبلور مجدد فولاد از بین برد. دمای تبلور مجدد ارتباط نزدیکی با دمای ذوب دارد.
به طور کلی، دمای تبلور مجدد K{0}}.4× دمای ذوب (K). هر چه دمای عملیات حرارتی به دمای تبلور مجدد نزدیکتر باشد، برای از بین بردن تنش پسماند موثرتر است.
5. توجه به تأثیر جامع PWHT
عملیات حرارتی پس از جوش کاملاً سودمند نیست. به طور کلی، عملیات حرارتی پس از جوش برای کاهش تنش پسماند مفید است و تنها زمانی انجام می شود که الزامات سختی برای خوردگی تنشی وجود داشته باشد.
با این حال، آزمایش چقرمگی ضربه نمونه نشان می‌دهد که عملیات حرارتی پس از جوش برای چقرمگی فلز رسوب‌شده و ناحیه متاثر از حرارت جوشکاری خوب نیست و گاهی اوقات ممکن است ترک‌های بین دانه‌ای در محدوده درشت شدن دانه‌های گرمای جوشکاری رخ دهد. -منطقه تحت تاثیر
علاوه بر این، PWHT برای دستیابی به کاهش تنش به کاهش استحکام مواد در دمای بالا متکی است. بنابراین، در طول PWHT، ساختار ممکن است استحکام خود را از دست بدهد. برای ساختار PWHT کلی یا جزئی، جوشکاری در دمای بالا باید قبل از عملیات حرارتی در نظر گرفته شود. ظرفیت باربری
بنابراین، هنگام بررسی اینکه آیا عملیات حرارتی پس از جوش انجام شود، باید مزایا و معایب عملیات حرارتی را به طور جامع مقایسه کرد. از منظر عملکرد ساختاری، جنبه هایی برای بهبود عملکرد و جنبه هایی از کاهش عملکرد وجود دارد. قضاوت های معقول باید بر اساس بررسی همه جانبه هر دو جنبه صورت گیرد.
