Sabia que a soldadura pode deixar para trás tensões ocultas que enfraquecem as estruturas? Este artigo explora seis métodos eficazes para eliminar a tensão residual da soldadura, garantindo a durabilidade e a segurança dos recipientes sob pressão. Desde tratamentos térmicos a técnicas mecânicas, estas estratégias abordam as tensões internas que podem conduzir a falhas por fadiga e fissuração por corrosão sob tensão. Descubra soluções práticas para melhorar a integridade das suas estruturas soldadas e evitar falhas dispendiosas. Continue a ler para saber como estes métodos podem melhorar os seus projectos de soldadura.
Após a soldadura do recipiente sob pressão, são produzidas tensões residuais na zona de soldadura estrutural. Isto deve-se ao facto de o campo de temperatura de aquecimento desigual durante a soldadura fazer com que a tensão interna atinja o limite de elasticidade do material, levando à deformação plástica em áreas locais. Mesmo quando a temperatura regressa 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 soldadura têm um impacto negativo direto na falha por fadiga e fissuração por corrosão sob tensão dos recipientes.
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A investigação mostra que uma vez que um recipiente é soldado, tensão residual que inevitavelmente a acompanharão.
Embora o mecanismo de geração de tensão residual nos recipientes sob pressão foi preliminarmente compreendido, o nível de tensão residual varia muito devido a diferenças nas dimensões externas, nos processos de soldadura, nos procedimentos de soldadura e no tamanho da restrição. Além disso, a distribuição da tensão residual pode ser muito complexa.
Por conseguinte, é necessário desenvolver contramedidas razoáveis para eliminar ou reduzir a tensão residual da soldadura, a fim de garantir uma qualidade economicamente razoável e um funcionamento seguro durante o serviço, evitando assim acidentes.
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Em condições controladas, aplicar ao recipiente, uma ou várias vezes, uma carga externa ligeiramente superior à que se encontra em condições de funcionamento.
A tensão formada pela carga é sobreposta à tensão residual de soldadura existente localmente no recipiente.
Quando a tensão resultante é inferior à rendimento do material o material está num estado elástico e a relação entre a tensão e a deformação é linear.
Quando a tensão composta atinge o limite de elasticidade do material, ocorre deformação plástica em áreas locais.
À medida que o valor da tensão externa aumenta, o intervalo da tensão composta que atinge o limite de elasticidade também aumenta, e o intervalo da deformação plástica aumenta correspondentemente, mas o valor da tensão não aumenta ou aumenta apenas ligeiramente.
Uma vez que o próprio contentor é contínuo, durante a remoção da carga externa, a área de deformação de cedência e a área de deformação elástica recuperam simultaneamente num estado elástico. A tensão residual de soldadura existente no recipiente é parcialmente eliminada, e a magnitude da tensão residual eliminada é igual ao valor da tensão gerada pela carga externa.
Todo o recipiente soldado deve ser aquecido a uma temperatura de 500℃~Ac1 a uma taxa de aquecimento específica e mantido a essa temperatura durante 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 nos cristais, reduz resistência do metale melhora a tenacidade, que, por sua vez, relaxa e liberta a tensão residual da soldadura.
Uma vez que os recipientes sob pressão são normalmente de grandes dimensões, não podem ser tratados termicamente num forno como os equipamentos mais pequenos ou as peças mecânicas.
Para resolver este problema, a parede externa do contentor pode ser coberta com uma camada de isolamento térmico ou, em alternativa, o contentor pode ser tratado termicamente utilizando aquecimento elétrico ou injectando combustível para criar uma temperatura elevada no interior do contentor.
O princípio do tratamento térmico local é semelhante ao do tratamento térmico global. Atualmente, a área de soldadura é maioritariamente aquecida utilizando aquecedores de placas por infravermelhos ou aquecedores de resistência de lagartas.
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 de tensão interna, resultando numa distribuição de tensões relativamente suave, mas não numa eliminação completa das tensões.
No entanto, o tratamento térmico local pode melhorar as propriedades mecânicas de juntas soldadas. É de notar que este tratamento se limita geralmente a juntas soldadas mais simples.
O efeito térmico da diferença de temperatura pode ser utilizado para eliminar a tensão residual no zona de soldadura formando um campo de tensão inverso.
A chave para o sucesso deste método reside na seleção da diferença de temperatura adequada Δt, que depende do limite de elasticidade do material σs, do módulo E e do coeficiente de expansão térmica β.
Ao selecionar a zona de aquecimento e o Δt adequados, este método pode conseguir um alívio eficaz das tensões sem causar deformação plástica ou perda de reservas plásticas, nem afetar a estrutura metalográfica do metal.
O efeito de alívio do stress pode ser significativo, variando de 50% a 70%.
Este método é particularmente útil para estruturas de placas e cascas com soldaduras regulares e espessura moderada.
Após um martelamento rápido e uniforme, o metal de solda sofrerá uma extensão plástica transversal, que pode, em certa medida, compensar o encolhimento da solda. Além disso, a deformação elástica causada pela tensão residual de tração nesta área pode ser relaxada, eliminando assim parcialmente a tensão residual de soldadura.
Ao detonar o cinturão de explosivos colocado no ou perto do cordão de soldaduraA onda de choque da explosão instantânea interage com a tensão residual no metal, resultando numa quantidade adequada de deformação plástica e relaxamento da tensão residual na área do cordão de soldadura.
O tratamento explosivo não só elimina eficazmente a tensão residual da soldadura, como também gera uma certa quantidade de tensão de compressão na área de tratamento, melhorando assim a resistência aos danos da junta soldada sob tensão de tração.
Por conseguinte, o tratamento térmico é ineficaz para alcançar este resultado.
O método de explosão é único na eliminação de tensões residuais na engenharia de reparação de cordões de soldadura durante a inspeção de recipientes sob pressão em serviço.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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