Después de soldar el recipiente a presión, se produce una tensión residual en la zona de soldadura estructural. Esto se debe a que el campo de temperatura de calentamiento desigual durante la soldadura hace que la tensión interna alcance el límite elástico del material, lo que provoca deformación plástica en áreas locales. Incluso cuando la temperatura vuelve al estado uniforme original, la tensión interna permanece en la estructura, de ahí el término "tensión residual".
El valor máximo y la distribución de la tensión residual de la soldadura tienen un impacto negativo directo en la falla por fatiga y el agrietamiento por corrosión bajo tensión de los recipientes.
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Las investigaciones muestran que una vez que se suelda un recipiente, inevitablemente le seguirá tensión residual.
Aunque el mecanismo de generación de tensión residual en recipientes a presión se ha entendido preliminarmente, el nivel de tensión residual varía mucho debido a las diferencias en las dimensiones externas, los procesos de soldadura, los procedimientos de soldadura y el tamaño de restricción. Además, la distribución de tensiones residuales puede ser muy compleja.
Por lo tanto, es necesario desarrollar contramedidas razonables para eliminar o reducir la tensión residual de la soldadura con el fin de garantizar una calidad económicamente razonable y un funcionamiento seguro durante el servicio, evitando así accidentes.
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método de sobrecarga
En condiciones controladas, aplicar una carga externa ligeramente mayor al recipiente, una o varias veces, que en sus condiciones de trabajo.
La tensión formada por la carga se superpone a la tensión residual de soldadura existente localmente en el recipiente.
Cuando la tensión resultante es menor que el límite elástico del material, el material está en un estado elástico y la relación entre tensión y deformación es lineal.
Cuando la tensión compuesta alcanza el límite elástico del material, se produce deformación plástica en áreas locales.
A medida que aumenta el valor de la tensión externa, el rango de tensión compuesta que alcanza el límite elástico también aumenta y el rango de deformación plástica aumenta correspondientemente, pero el valor de la tensión no aumenta o aumenta solo ligeramente.
Como el contenedor en sí es continuo, durante la eliminación de la carga externa, el área de deformación elástica y el área de deformación elástica se recuperan simultáneamente a un estado elástico. La tensión residual de soldadura existente en el contenedor se elimina parcialmente, y la magnitud de la tensión residual eliminada es igual al valor de la tensión generada por la carga externa.
Tratamiento térmico completo
Todo el recipiente soldado debe calentarse a una temperatura de 500 °C~Ac1 a una velocidad de calentamiento específica y mantenerse a esa temperatura durante un período de tiempo para permitir la recristalización del metal deformado, lo que da como resultado la formación de nuevos granos equiaxiales.
Este proceso elimina todo tipo de defectos del cristal, reduce la resistencia del metal y mejora la tenacidad, lo que a su vez relaja y libera la tensión residual de la soldadura.
Debido a que los recipientes a presión suelen ser grandes, no pueden tratarse térmicamente en un horno como los equipos o piezas mecánicas más pequeños.
Para resolver esto, la pared exterior del contenedor se puede cubrir con una capa de aislamiento térmico o, alternativamente, el contenedor se puede tratar térmicamente usando calefacción eléctrica o inyectando combustible para crear una temperatura alta dentro del contenedor.
Tratamiento térmico local
El principio del tratamiento térmico local es similar al del tratamiento térmico general. Actualmente, el área de soldadura se calienta principalmente con calentadores de placas infrarrojas o calentadores de resistencia Caterpillar.
Debido al calentamiento localizado, la eliminación de tensiones residuales no es tan eficaz como el tratamiento térmico global. El tratamiento térmico local sólo puede reducir el valor máximo de la tensión interna, lo que da como resultado una distribución de la tensión relativamente suave pero no una eliminación completa de la tensión.
Sin embargo, el tratamiento térmico local puede mejorar las propiedades mecánicas de las uniones soldadas. Cabe señalar que este tratamiento generalmente se limita a uniones soldadas más simples.
Método de estiramiento por diferencia de temperatura.
El efecto térmico de la diferencia de temperatura se puede utilizar para eliminar la tensión residual en la zona de soldadura, formando un campo de voltaje inverso.
La clave del éxito de este método reside en la selección de la diferencia de temperatura adecuada Δt, que depende del límite elástico σs, el módulo E y el coeficiente de expansión térmica β del material.
Al seleccionar la zona de calentamiento y Δt apropiados, este método puede lograr un alivio efectivo de la tensión sin causar deformación plástica o pérdida de reservas plásticas, ni afectar la estructura metalográfica del metal.
El efecto de alivio del estrés puede ser significativo, oscilando entre el 50% y el 70%.
Este método es particularmente útil para estructuras de placas y carcasas con soldaduras regulares y espesor moderado.
Martillo
Después de un martilleo rápido y uniforme, el metal de soldadura sufrirá una extensión plástica transversal, que puede, hasta cierto punto, compensar la contracción de la soldadura. Además, se puede relajar la deformación elástica provocada por la tensión residual de tracción en esta zona, eliminando parcialmente la tensión residual de soldadura.
método explosivo
Al detonar el cinturón explosivo dispuesto en o cerca de la costura de soldadura, la onda de choque de la explosión instantánea interactúa con la tensión residual en el metal, lo que resulta en una cantidad adecuada de deformación plástica y relajación de la tensión residual en el área de la costura de soldadura.
El tratamiento explosivo no sólo elimina eficazmente la tensión residual de la soldadura, sino que también genera una cierta cantidad de tensión de compresión en el área de tratamiento, mejorando así la resistencia al daño de la junta soldada bajo tensión de tracción.
Por tanto, el tratamiento térmico es ineficaz para lograr este resultado.
El método de explosión es único en la eliminación de tensiones residuales en la ingeniería de reparación de cordones de soldadura durante la inspección de recipientes a presión en servicio.
