Wussten Sie, dass das Schweißen versteckte Spannungen hinterlassen kann, die die Strukturen schwächen? Dieser Artikel befasst sich mit sechs wirksamen Methoden zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen, die die Haltbarkeit und Sicherheit von Druckbehältern gewährleisten. Diese Strategien reichen von Wärmebehandlungen bis hin zu mechanischen Techniken, um die inneren Spannungen zu beseitigen, die zu Ermüdungsversagen und Spannungsrisskorrosion führen können. Entdecken Sie praktische Lösungen, um die Integrität Ihrer geschweißten Strukturen zu verbessern und kostspielige Ausfälle zu vermeiden. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie diese Methoden Ihre Schweißprojekte verbessern können.
Nach dem Schweißen des Druckbehälters entstehen in der strukturellen Schweißzone Eigenspannungen. Dies liegt daran, dass das ungleichmäßige Temperaturfeld während des Schweißens dazu führt, dass die Eigenspannung die Fließgrenze des Materials erreicht, was zu einer plastischen Verformung in lokalen Bereichen führt. Selbst wenn die Temperatur wieder in den ursprünglichen, gleichmäßigen Zustand zurückkehrt, bleiben die inneren Spannungen in der Struktur erhalten, daher der Begriff "Eigenspannung".
Der Spitzenwert und die Verteilung der Schweißeigenspannung haben einen direkten negativen Einfluss auf die Ermüdungsbruch und Spannungsrisskorrosion an Behältern.
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Die Forschung zeigt, dass ein einmal geschweißter Behälter, Eigenspannung wird unweigerlich damit einhergehen.
Obwohl der Entstehungsmechanismus von Eigenspannung in Druckbehältern vorläufig verstanden wurde, variiert die Höhe der Eigenspannung aufgrund von Unterschieden in den Außenabmessungen, Schweißprozessen, Schweißverfahren und der Größe der Zwänge stark. Außerdem kann die Verteilung der Eigenspannung sehr komplex sein.
Daher ist es notwendig, vernünftige Gegenmaßnahmen zur Beseitigung oder Verringerung von Schweißeigenspannungen zu entwickeln, um eine wirtschaftlich angemessene Qualität und einen sicheren Betrieb während des Betriebs zu gewährleisten und dadurch Unfälle zu vermeiden.
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Beaufschlagen Sie den Behälter unter kontrollierten Bedingungen ein- oder mehrmals mit einer geringfügig höheren äußeren Belastung als im Betriebszustand.
Die durch die Belastung entstehende Spannung überlagert sich mit der lokal im Behälter vorhandenen Schweißeigenspannung.
Wenn die resultierende Spannung niedriger ist als die Materialausbeute Grenze befindet sich das Material in einem elastischen Zustand, und das Verhältnis zwischen Spannung und Dehnung ist linear.
Wenn die Verbundspannung die Fließgrenze des Materials erreicht, kommt es in lokalen Bereichen zu plastischen Verformungen.
Mit zunehmendem Wert der äußeren Spannung steigt auch der Bereich der Verbundspannung, in dem die Fließgrenze erreicht wird, und der Bereich der plastischen Verformung nimmt entsprechend zu, aber der Spannungswert steigt nicht oder nur geringfügig.
Da der Behälter selbst kontinuierlich ist, erholen sich die Streckverformungsfläche und die elastische Verformungsfläche gleichzeitig in einem elastischen Zustand, wenn die äußere Last entfernt wird. Die im Behälter vorhandene Schweißeigenspannung wird teilweise beseitigt, und die Größe der beseitigten Eigenspannung entspricht dem durch die äußere Last erzeugten Spannungswert.
Der gesamte geschweißte Behälter sollte mit einer bestimmten Heizrate auf eine Temperatur von 500℃~Ac1 erhitzt und für eine gewisse Zeit auf dieser Temperatur gehalten werden, um die Rekristallisation des verformten Metalls zu ermöglichen, was zur Bildung neuer gleichachsiger Körner führt.
Dieses Verfahren beseitigt alle Arten von Kristalldefekten, reduziert Metallfestigkeitund verbessert die Zähigkeit, wodurch die Schweißeigenspannung abgebaut wird.
Da Druckbehälter in der Regel sehr groß sind, können sie nicht wie kleinere Geräte oder mechanische Teile in einem Ofen wärmebehandelt werden.
Um dies zu erreichen, kann die Außenwand des Containers mit einer Wärmedämmschicht versehen werden, oder der Container kann mit Hilfe von elektrischer Heizung oder durch Einspritzen von Brennstoff wärmebehandelt werden, um im Inneren des Containers eine hohe Temperatur zu erzeugen.
Das Prinzip der lokalen Wärmebehandlung ist ähnlich wie das der allgemeinen Wärmebehandlung. Gegenwärtig wird der Schweißbereich meist mit Infrarot-Plattenstrahlern oder Raupenwiderstandsheizern erwärmt.
Aufgrund der lokalen Erwärmung ist die Beseitigung von Eigenspannungen nicht so effektiv wie bei der allgemeinen Wärmebehandlung. Eine lokale Wärmebehandlung kann nur den Spitzenwert von EigenspannungDies führt zu einer relativ sanften Spannungsverteilung, aber nicht zu einer vollständigen Beseitigung der Spannungen.
Dennoch kann eine lokale Wärmebehandlung die mechanischen Eigenschaften von Schweißnähte. Es ist zu beachten, dass diese Behandlung in der Regel auf einfachere Schweißverbindungen beschränkt ist.
Der thermische Effekt der Temperaturdifferenz kann genutzt werden, um Eigenspannungen im Schweißzone durch Bildung eines umgekehrten Spannungsfeldes.
Der Schlüssel zum Erfolg dieser Methode liegt in der Wahl der geeigneten Temperaturdifferenz Δt, die von der Materialfließgrenze σs, dem Modul E und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten β abhängt.
Durch die Wahl der richtigen Heizzone und des richtigen Δt kann mit diesem Verfahren ein wirksamer Spannungsabbau erreicht werden, ohne dass es zu einer plastischen Verformung oder einem Verlust an plastischen Reserven kommt und ohne dass die metallographische Struktur des Metalls beeinträchtigt wird.
Die Entlastungswirkung kann erheblich sein und zwischen 50% und 70% liegen.
Diese Methode eignet sich besonders für Platten- und Schalenkonstruktionen mit regelmäßigen Schweißnähten und mittlerer Dicke.
Bei schnellem und gleichmäßigem Hämmern erfährt das Schweißgut eine plastische Querdehnung, die die Schweißnahtschrumpfung bis zu einem gewissen Grad ausgleichen kann. Außerdem kann die elastische Dehnung, die durch die Zugeigenspannung in diesem Bereich verursacht wird, abgebaut werden, wodurch die Schweißeigenspannung teilweise beseitigt wird.
Durch die Detonation des Sprengstoffgürtels, der an oder in der Nähe des SchweißnahtDie Stoßwelle der sofortigen Explosion interagiert mit den Eigenspannungen im Metall, was zu einer angemessenen plastischen Verformung und Entspannung der Eigenspannungen im Schweißnahtbereich führt.
Durch die Explosionsbehandlung werden nicht nur Schweißeigenspannungen wirksam beseitigt, sondern es wird auch eine gewisse Druckspannung im Behandlungsbereich erzeugt, wodurch die Schadensresistenz der Schweißverbindung unter Zugspannung verbessert wird.
Daher ist eine Wärmebehandlung unwirksam, um dieses Ergebnis zu erzielen.
Die Explosionsmethode ist einzigartig in Bezug auf die Beseitigung von Eigenspannungen bei der Reparatur von Schweißnähten während der Prüfung von Druckbehältern im Betrieb.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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