La contrainte résiduelle de soudage est causée par la répartition inégale de la température de la soudure causée par le soudage, la dilatation et la contraction thermiques du métal de soudure, etc., de sorte que la contrainte résiduelle sera inévitablement générée avec la construction de soudage.
La méthode la plus courante pour éliminer les contraintes résiduelles est la trempe à haute température, c'est-à-dire que la soudure est chauffée à une certaine température et maintenue pendant une certaine période de temps dans un four de traitement thermique, et la limite d'élasticité du matériau à haute température est réduite, de sorte que l'écoulement plastique se produit à l'endroit avec une contrainte interne élevée, la déformation élastique diminue progressivement et la déformation plastique augmente progressivement pour réduire la contrainte.
1. Sélection de la méthode de traitement thermique
L'effet du traitement thermique après soudage sur la résistance à la traction et la limite de fluage du métal est lié à la température et au temps de maintien du traitement thermique. L'effet du traitement thermique après soudage sur la ténacité aux chocs du métal soudé varie selon les différentes nuances d'acier.
Le traitement thermique après soudage adopte généralement une trempe à haute température unique ou une normalisation et une trempe à haute température. Pour les joints de soudage au gaz, la normalisation et la trempe à haute température sont utilisées. En effet, les grains du joint de soudage au gaz et de la zone affectée par la chaleur sont grossiers et les grains doivent être affinés, c'est pourquoi on utilise la normalisation.
Cependant, une seule normalisation ne peut pas éliminer les contraintes résiduelles, c'est pourquoi une trempe à haute température est nécessaire pour éliminer les contraintes. Une seule trempe à température moyenne ne convient que pour l'assemblage et le soudage de grands conteneurs en acier à faible teneur en carbone ordinaires assemblés sur site, et son but est d'éliminer partiellement les contraintes résiduelles et d'éliminer l'hydrogène.
Dans la plupart des cas, un seul traitement de revenu à haute température est utilisé. Le chauffage et le refroidissement du traitement thermique ne doivent pas être trop rapides et les parois intérieures et extérieures doivent être uniformes.
2. Méthode de traitement thermique pour récipient sous pression
Il existe deux types de méthodes de traitement thermique utilisées dans les récipients sous pression : l'une est le traitement thermique visant à améliorer les propriétés mécaniques ; l'autre est le traitement thermique après soudage (PWHT). En gros, le traitement thermique après soudage est le traitement thermique de la zone soudée ou des composants soudés après le soudage de la pièce.
Les contenus spécifiques comprennent le recuit de relaxation des contraintes, le recuit complet, la fusion solide, la normalisation, la normalisation et la trempe, la trempe, la relaxation des contraintes à basse température, le traitement thermique de précipitation, etc.
Au sens strict, le traitement thermique après soudage ne fait référence qu'au recuit de détente des contraintes, c'est-à-dire qu'il vise à améliorer les performances de la zone de soudage et à éliminer les effets néfastes des contraintes résiduelles de soudage, de manière à chauffer uniformément et complètement la zone de soudage et les pièces associées en dessous du point de température de transition de phase métallique 2. , puis au processus de refroidissement uniforme. Dans de nombreux cas, le traitement thermique après soudage dont il est question est essentiellement un traitement thermique de détente des contraintes après soudage.
3. Objectif du traitement thermique après soudage
1). Relâchez la contrainte résiduelle de soudage.
2). Stabiliser la forme et la taille de la structure et réduire la distorsion.
3). Améliorer les performances des métaux de base et des joints soudés, notamment :
a. Améliorer la plasticité du métal soudé.
b. Réduire la dureté de la zone affectée par la chaleur.
c. Améliorer la ténacité à la fracture.
d. Améliorer la résistance à la fatigue.
e. Rétablir ou augmenter la limite d'élasticité réduite lors du formage à froid.
4). Améliorer la capacité à résister à la corrosion sous contrainte.
5) Libérer davantage de gaz nocifs dans le métal soudé, en particulier l'hydrogène, pour éviter l'apparition de fissures retardées.
4. Jugement de la nécessité du traitement des eaux usées
La nécessité d'un traitement thermique après soudage pour les récipients sous pression doit être clairement spécifiée dans la conception, et les spécifications de conception actuelles pour les récipients sous pression l'exigent.
Dans le récipient sous pression soudé, il existe une contrainte résiduelle importante dans la zone de soudage, et la contrainte résiduelle a un effet néfaste. Se manifeste dans certaines conditions. Lorsque la contrainte résiduelle se combine avec l'hydrogène dans la soudure, elle favorise le durcissement de la zone affectée par la chaleur, ce qui entraîne le développement de fissures froides et retardées.
Lorsque la contrainte statique résiduelle dans la soudure ou la contrainte de charge dynamique dans l'opération de charge se combine avec l'effet de corrosion du milieu, cela peut provoquer une corrosion sous forme de fissures, c'est-à-dire la corrosion sous contrainte. La contrainte résiduelle de soudage et le durcissement du métal de base provoqué par le soudage sont des facteurs importants pour la fissuration par corrosion sous contrainte.
Les résultats de la recherche montrent que l'effet principal de la déformation et des contraintes résiduelles sur les matériaux métalliques est de faire passer le métal d'une corrosion uniforme à une corrosion localisée, c'est-à-dire à une corrosion intergranulaire ou transgranulaire. Bien entendu, la fissuration par corrosion et la corrosion intergranulaire des métaux se produisent dans des milieux qui ont certaines propriétés pour ce métal.
En présence de contraintes résiduelles, celles-ci varient en fonction de la composition, de la concentration et de la température du milieu agressif, ainsi que de la différence de composition, de structure, d'état de surface, d'état de contrainte, etc. du métal de base et de la zone de soudure, de sorte que la corrosion La nature des dommages peut changer.
La nécessité ou non de soumettre le récipient sous pression soudé à un traitement thermique après soudage doit être déterminée de manière exhaustive en fonction de l'utilisation et de la taille du récipient (en particulier de l'épaisseur de la paroi), des propriétés des matériaux utilisés et des conditions de travail. Dans l'une des situations suivantes, un traitement thermique après soudage doit être envisagé :
1) Les conditions d'utilisation sont difficiles, comme les conteneurs à parois épaisses qui risquent de se briser fragilement lors du travail à basse température, et les conteneurs qui supportent des charges importantes et des charges alternées.
2) Récipients sous pression soudés dont l'épaisseur dépasse une certaine limite. Y compris les chaudières, les récipients sous pression pétrochimiques, etc. soumis à des réglementations et spécifications spéciales.
3). Récipients sous pression à haute stabilité dimensionnelle.
4). Récipients en acier à forte tendance au durcissement.
5). Récipients sous pression présentant un risque de fissuration par corrosion sous contrainte.
6). Autres récipients sous pression spécifiés par des réglementations, spécifications et dessins spéciaux.
Dans les récipients sous pression soudés en acier, des contraintes résiduelles jusqu'à la limite d'élasticité se développent dans la région proche de la soudure. La génération de ces contraintes est liée à la transformation de la structure mélangée à l'austénite. De nombreux chercheurs ont souligné que pour éliminer les contraintes résiduelles après le soudage, la trempe à 650 degrés peut avoir un bon effet sur le récipient sous pression soudé en acier.
Dans le même temps, on pense que sans traitement thermique approprié après le soudage, des joints soudés résistants à la corrosion ne peuvent pas toujours être obtenus.
On considère généralement que le traitement thermique de détente des contraintes est un procédé dans lequel la pièce à souder est chauffée à 500-650 degrés puis refroidie lentement. La réduction des contraintes est due au fluage à haute température, à partir de 450 degrés pour les aciers au carbone et de 550 degrés pour les aciers au molybdène.
Plus la température est élevée, plus il est facile de soulager les contraintes. Mais une fois que la température de revenu d'origine de l'acier est dépassée, la résistance de l'acier diminue. Par conséquent, le traitement thermique de soulagement des contraintes doit maîtriser les deux éléments que sont la température et le temps, qui sont indispensables.
Cependant, dans la contrainte interne de la soudure, la contrainte de traction et la contrainte de compression sont toujours présentes, et la contrainte et la déformation élastique existent en même temps. Lorsque la température de l'acier augmente, la limite d'élasticité diminue et la déformation élastique d'origine devient une déformation plastique, qui est une relaxation des contraintes.
Plus la température de chauffage est élevée, plus la contrainte interne est suffisamment soulagée. Cependant, lorsque la température est trop élevée, la surface de l'acier sera sérieusement oxydée. De plus, pour la température PWHT de l'acier trempé et revenu, le principe ne doit pas dépasser la température de revenu d'origine de l'acier, qui est généralement d'environ 30 degrés inférieure à la température de revenu d'origine de l'acier, sinon le matériau perdra l'effet de trempe et de revenu, et la résistance et la ténacité à la rupture seront réduites. Ce point doit faire l'objet d'une attention particulière pour les travailleurs du traitement thermique.
Plus la température du traitement thermique post-soudage pour éliminer les contraintes internes est élevée, plus le degré d'adoucissement de l'acier est élevé. En général, les contraintes internes peuvent être éliminées en chauffant jusqu'à la température de recristallisation de l'acier. La température de recristallisation est étroitement liée à la température de fusion.
En général, la température de recristallisation K=0.4×température de fusion (K). Plus la température de traitement thermique est proche de la température de recristallisation, plus elle est efficace pour éliminer les contraintes résiduelles.
5. Prise en compte de l’effet global des TSPT
Le traitement thermique après soudage n'est pas absolument avantageux. En général, le traitement thermique après soudage est bénéfique pour soulager les contraintes résiduelles et n'est effectué que lorsqu'il existe des exigences strictes en matière de corrosion sous contrainte.
Cependant, l'essai de ténacité aux chocs de l'échantillon montre que le traitement thermique après soudage n'est pas bon pour la ténacité du métal déposé et de la zone affectée par la chaleur de soudage, et parfois des fissures intergranulaires peuvent se produire dans la plage de grossissement des grains de la zone affectée par la chaleur de soudage.
De plus, le traitement thermique par points (PWHT) repose sur la réduction de la résistance du matériau à haute température pour obtenir une réduction des contraintes. Par conséquent, pendant le traitement thermique par points (PWHT), la structure peut perdre de la rigidité. Pour la structure du traitement thermique par points (PWHT) total ou partiel, la soudure à haute température doit être prise en compte avant le traitement thermique. capacité portante.
Par conséquent, lorsqu'on envisage d'effectuer un traitement thermique après soudage, il convient de comparer de manière exhaustive les avantages et les inconvénients du traitement thermique. Du point de vue des performances structurelles, il existe des aspects d'amélioration des performances et des aspects de réduction des performances. Des jugements raisonnables doivent être portés sur la base d'une prise en compte complète de ces deux aspects.
