溶接残留応力を除去する：6つの効果的な方法

圧力容器が溶接されると、構造溶接部に残留応力が発生する。これは、溶接中の不均一な加熱温度場によって内部応力が材料の降伏限界に達し、局部的に塑性変形が生じるためである。温度が元の均一な状態に戻っても、内部応力は構造内に残るため、"残留応力 "と呼ばれる。

溶接残留応力のピーク値と分布は、次のような悪影響を直接及ぼす。 疲労故障 および容器の応力腐食割れ。

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この研究によると、一度溶接された容器は、その後、再び溶接される、 残留応力 が必然的に伴うことになる。

の生成メカニズムが、このようなものであることを示唆している。 残留応力 圧力容器の残留応力レベルは、外形寸法、溶接プロセス、溶接手順、拘束サイズの違いによって大きく異なります。さらに、残留応力の分布は非常に複雑な場合があります。

したがって、経済的に合理的な品質と使用中の安全運転を確保し、事故を回避するためには、溶接残留応力を除去または低減する合理的な対策を開発する必要がある。

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オーバーロード法

管理された条件下で、本船に使用状態よりもわずかに大きな外部荷重を1回または数回加える。

荷重によって形成された応力は、容器内に局所的に存在する溶接残留応力と重畳する。

結果的に応力が 材料歩留まり 限界では、材料は弾性状態にあり、応力とひずみの関係は線形である。

複合材料の応力が材料の降伏限界に達すると、局部的に塑性変形が起こる。

外部応力値が増加するにつれて、降伏限界に達する複合応力の範囲も増加し、それに対応して塑性変形の範囲も増加するが、応力値は増加しないか、わずかに増加するだけである。

コンテナ自体は連続体であるため、外部荷重が除去されると、降伏変形領域と弾性変形領域が同時に弾性回復する。コンテナ内に存在する溶接残留応力は部分的に除去され、除去された残留応力の大きさは、外部荷重によって発生した応力値と等しくなる。

一体型熱処理

溶接容器全体を500℃～Ac1の温度に所定の加熱速度で加熱し、その温度に一定時間保持することにより、変形した金属が再結晶し、新しい等軸粒が形成される。

このプロセスにより、あらゆる種類の結晶欠陥が除去され、以下のことが可能になる。 金属強度そして靭性を向上させ、ひいては溶接残留応力を緩和・解放する。

圧力容器は一般的にサイズが大きいため、小型の機器や機械部品のように炉で熱処理することはできません。

これに対処するには、容器の外壁を断熱層で覆うか、あるいは電気加熱や燃料注入によって容器を熱処理し、容器内を高温にする方法がある。

局所熱処理

局所熱処理の原理は、全体熱処理と似ている。現在、溶接部の熱処理には、赤外線プレートヒーターやキャタピラ抵抗ヒーターが使用されている。

局所的な加熱のため、残留応力の除去は全体的な熱処理ほど効果的ではない。局部熱処理では、残留応力のピーク値を下げることしかできない。 内部応力その結果、応力分布は比較的緩やかになるが、応力が完全になくなるわけではない。

とはいえ、局所的な熱処理は、その機械的特性を高めることができる。 溶接継手.この処理は通常、より単純な溶接継手に限定されることに留意すべきである。

温度差ストレッチ法

温度差による熱効果を利用して、残留応力を除去することができる。 溶接部 逆応力場を形成することによって。

この方法の成功の鍵は、適切な温度差Δtを選択することにあり、これは材料の降伏限界σs、弾性率E、熱膨張係数βに依存する。

適切な加熱ゾーンとΔtを選択することにより、この方法は、塑性変形や塑性埋蔵量の損失を引き起こすことなく、また金属の金属組織に影響を与えることなく、効果的な応力除去を達成することができる。

ストレス緩和効果は大きく、50%から70%に及ぶ。

この方法は、規則的な溶接部と適度な厚みを持つプレートやシェル構造に特に有効である。

ハンマー

急速で均一なハンマリングにより、溶接金属は横方向に塑性伸長し、溶接収縮をある程度補うことができる。さらに、この部分の引張残留応力による弾性ひずみが緩和され、溶接残留応力を部分的に除去することができる。

爆発方式

に配置された爆薬ベルトを爆発させる。 溶接継ぎ目瞬時爆発の衝撃波が金属中の残留応力と相互作用し、その結果、溶接継ぎ目部分に適切な量の塑性変形と残留応力の緩和が生じる。

爆発処理は、溶接残留応力を効果的に除去するだけでなく、処理領域に一定の圧縮応力を発生させ、引張応力下での溶接継手の耐損傷性を向上させる。

従って、熱処理はこの結果を得るには効果がない。

爆発法は、供用期間中の圧力容器検査における溶接シーム補修エンジニアリングの残留応力を除去するという点でユニークである。