Depois que o vaso de pressão é soldado, uma tensão residual é produzida na zona estrutural de solda. Isso ocorre porque o campo desigual de temperatura de aquecimento durante a soldagem faz com que a tensão interna atinja o limite de escoamento do material, levando à deformação plástica em áreas locais. Mesmo quando a temperatura retorna ao estado uniforme original, a tensão interna permanece na estrutura, daí o termo “tensão residual”.
O valor de pico e a distribuição da tensão residual de soldagem têm um impacto negativo direto na falha por fadiga e na fissuração por corrosão sob tensão dos vasos.
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A pesquisa mostra que uma vez que um vaso é soldado, a tensão residual irá inevitavelmente acompanhá-lo.
Embora o mecanismo de geração de tensão residual em vasos de pressão tenha sido compreendido preliminarmente, o nível de tensão residual varia muito devido a diferenças nas dimensões externas, processos de soldagem, procedimentos de soldagem e tamanho da restrição. Além disso, a distribuição da tensão residual pode ser muito complexa.
Portanto, é necessário desenvolver contramedidas razoáveis para eliminar ou reduzir a tensão residual da soldagem, a fim de garantir uma qualidade economicamente razoável e uma operação segura durante o serviço, evitando assim acidentes.
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Método de sobrecarga
Sob condições controladas, aplique uma carga externa ligeiramente maior à embarcação, uma ou várias vezes, do que sob sua condição de trabalho.
A tensão formada pela carga é sobreposta à tensão residual de soldagem existente localmente no vaso.
Quando a tensão resultante é inferior ao limite de escoamento do material, o material está em um estado elástico e a relação entre a tensão e a deformação é linear.
Quando a tensão composta atinge o limite de escoamento do material, ocorre deformação plástica em áreas locais.
À medida que o valor da tensão externa aumenta, a faixa da tensão composta que atinge o limite de escoamento também aumenta, e a faixa de deformação plástica aumenta correspondentemente, mas o valor da tensão não aumenta ou aumenta apenas ligeiramente.
Como o próprio recipiente é contínuo, durante a remoção da carga externa, a área de deformação de escoamento e a área de deformação elástica recuperam simultaneamente num estado elástico. A tensão residual de soldagem existente no recipiente é parcialmente eliminada, e a magnitude da tensão residual eliminada é igual ao valor da tensão gerada pela carga externa.
Tratamento térmico integral
Todo o recipiente soldado deve ser aquecido a uma temperatura de 500°C~Ac1 a uma taxa de aquecimento específica e mantido nessa temperatura por um período de tempo para permitir a recristalização do metal deformado, resultando na formação de novos grãos equiaxiais.
Este processo elimina todos os tipos de defeitos do cristal, reduz a resistência do metal e melhora a tenacidade, o que, por sua vez, relaxa e libera a tensão residual da soldagem.
Como os vasos de pressão são normalmente grandes, eles não podem ser tratados termicamente em um forno como equipamentos menores ou peças mecânicas.
Para resolver isto, a parede externa do recipiente pode ser coberta com uma camada de isolamento térmico ou, alternativamente, o recipiente pode ser tratado termicamente utilizando aquecimento eléctrico ou injectando combustível para criar uma temperatura elevada no interior do recipiente.
Tratamento térmico local
O princípio do tratamento térmico local é semelhante ao do tratamento térmico geral. Atualmente, a área de solda é aquecida principalmente com aquecedores de placa infravermelhos ou aquecedores de resistência Caterpillar.
Devido ao aquecimento localizado, a eliminação da tensão residual não é tão eficaz como a do tratamento térmico global. O tratamento térmico local só pode reduzir o valor máximo da tensão interna, resultando numa distribuição de tensão relativamente suave, mas não numa eliminação completa da tensão.
No entanto, o tratamento térmico local pode melhorar as propriedades mecânicas das juntas soldadas. Deve-se notar que este tratamento é geralmente limitado a juntas soldadas mais simples.
Método de alongamento por diferença de temperatura
O efeito térmico da diferença de temperatura pode ser utilizado para eliminar a tensão residual na zona de solda, formando um campo de tensão reversa.
A chave para o sucesso deste método reside na seleção da diferença de temperatura apropriada Δt, que depende do limite de escoamento do material σs, do módulo E e do coeficiente de expansão térmica β.
Ao selecionar a zona de aquecimento adequada e Δt, este método pode alcançar um alívio de tensão eficaz sem causar deformação plástica ou perda de reservas plásticas, ou afetar a estrutura metalográfica do metal.
O efeito de alívio do estresse pode ser significativo, variando de 50% a 70%.
Este método é particularmente útil para estruturas de placas e cascas com soldas regulares e espessura moderada.
Martelo
Após um martelamento rápido e uniforme, o metal de solda sofrerá uma extensão plástica transversal, o que pode, até certo ponto, compensar o encolhimento da solda. Além disso, a deformação elástica causada pela tensão residual de tração nesta área pode ser relaxada, eliminando parcialmente a tensão residual de soldagem.
Método explosivo
Ao detonar a cinta explosiva disposta na costura de solda ou próximo a ela, a onda de choque da explosão instantânea interage com a tensão residual no metal, resultando em uma quantidade apropriada de deformação plástica e relaxamento da tensão residual na área da costura de solda.
O tratamento explosivo não apenas elimina efetivamente a tensão residual da soldagem, mas também gera uma certa quantidade de tensão de compressão na área de tratamento, melhorando assim a resistência ao dano da junta soldada sob tensão de tração.
Portanto, o tratamento térmico é ineficaz para alcançar este resultado.
O método de explosão é único na eliminação de tensões residuais na engenharia de reparo de costuras de soldagem durante a inspeção de vasos de pressão em serviço.
