La contrainte résiduelle de soudage est causée par la répartition inégale de la température des soudures provoquée par le soudage, la dilatation thermique et la contraction du métal soudé, etc., de sorte qu'une contrainte résiduelle sera inévitablement générée pendant la construction par soudage. La méthode la plus courante pour éliminer les contraintes résiduelles est le revenu à haute température, c'est-à-dire que la soudure est placée dans un four de traitement thermique, chauffée à une certaine température et maintenue au chaud pendant une certaine période de temps. La limite d'élasticité du matériau est réduite à haute température, de sorte que l'écoulement du plastique se produit dans des endroits présentant une contrainte interne élevée, la déformation élastique diminue progressivement et la déformation plastique augmente progressivement pour réduire la contrainte.
01 Choix 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 résistance aux chocs du métal fondu varie selon les différents types d'acier. Le traitement thermique après soudage utilise généralement une seule trempe à haute température ou une normalisation plus une trempe à haute température. Un traitement thermique de normalisation et de revenu à haute température est utilisé pour les soudures par soudage au gaz. En effet, les grains des soudures au gaz et les zones affectées par la chaleur sont grossiers et doivent être affinés, c'est pourquoi un traitement de normalisation est utilisé. Cependant, une seule normalisation ne peut pas éliminer les contraintes résiduelles, un revenu à haute température est donc nécessaire pour éliminer les contraintes. La trempe unique à moyenne température ne convient que pour le soudage d'assemblage de grands conteneurs ordinaires en acier à faible teneur en carbone assemblés sur site, et son objectif est d'éliminer partiellement les contraintes résiduelles et la déshydrogénation. Dans la plupart des cas, un seul 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.
02 Méthodes de traitement thermique utilisées dans les récipients sous pression
Il existe deux types de méthodes de traitement thermique utilisées dans les récipients sous pression : l’une est le traitement thermique pour améliorer les propriétés mécaniques ; l'autre est le traitement thermique après soudage (PWHT). Au sens large, le traitement thermique après soudage est le traitement thermique de la zone de soudage ou des composants soudés après le soudage de la pièce. Le contenu spécifique comprend le recuit de détente, le recuit complet, la solution, la normalisation, la normalisation et le revenu, le revenu, la relaxation des contraintes à basse température, le traitement thermique par précipitation, etc. Au sens étroit, le traitement thermique après soudage se réfère uniquement au recuit de détente, c'est-à-dire que afin d'améliorer les performances de la zone de soudage et d'éliminer les effets nocifs tels que les contraintes résiduelles de soudage, la zone de soudage et les pièces associées sont uniformément et entièrement chauffées en dessous du point de température de transformation de phase métallique 2, puis uniformément refroidies. Dans de nombreux cas, le traitement thermique post-soudage discuté est essentiellement un traitement thermique de détente post-soudage.
03Objectif du traitement thermique après soudage
1. Détendez les contraintes résiduelles de soudage.
2. Stabilisez la forme et la taille de la structure et réduisez la distorsion.
3. Améliorer la performance du matériau de base et des joints soudés, notamment : a. Améliorer la plasticité du métal soudé. b. Réduisez la dureté de la zone affectée par la chaleur. c. Améliorer la ténacité à la rupture. d. Améliorer la résistance à la fatigue. e. Restaurer ou améliorer la limite d’élasticité réduite lors du formage à froid.
4. Améliorer la capacité à résister à la corrosion sous contrainte.
5. Libérez davantage de gaz nocifs dans le métal soudé, en particulier de l'hydrogène, pour éviter l'apparition de fissures retardées.
04Jugement de la nécessité du PWHT
La question de savoir si le récipient sous pression nécessite un traitement thermique après soudage doit être clairement spécifiée dans la conception, et les spécifications actuelles de conception du récipient sous pression comportent des exigences à cet effet.
Pour les récipients sous pression soudés, il existe une contrainte résiduelle importante dans la zone de soudage et des effets néfastes de la contrainte résiduelle. Ce n'est que sous certaines conditions qu'ils se manifestent. Lorsque la contrainte résiduelle se combine à l’hydrogène présent dans la soudure, elle favorise le durcissement de la zone affectée thermiquement, entraînant l’apparition de fissures à froid et de fissures retardées.
Lorsque la contrainte statique restant dans la soudure ou la contrainte dynamique pendant le fonctionnement en charge est combinée à l'effet corrosif du milieu, cela peut provoquer une corrosion par fissure, appelée corrosion sous contrainte. Les contraintes résiduelles de soudage et le durcissement du matériau de base provoqué par le soudage sont des facteurs importants dans la génération de fissures de corrosion sous contrainte.
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Les résultats de la recherche montrent que le principal effet de la déformation et des contraintes résiduelles sur les matériaux métalliques est de transformer le métal d'une corrosion uniforme en une corrosion locale, c'est-à-dire en une corrosion intergranulaire ou transgranulaire. Bien entendu, la fissuration par corrosion des métaux et la corrosion intergranulaire se produisent toutes deux dans des milieux présentant certaines caractéristiques du métal. En présence de contraintes résiduelles, la nature des dommages dus à la corrosion peut changer en fonction de la composition, de la concentration et de la température du milieu corrosif, ainsi que des différences dans la composition, l'organisation, l'état de surface, l'état de contrainte, etc. du matériau de base. et la zone de soudure.
La question de savoir si les récipients sous pression soudés nécessitent un traitement thermique après soudage doit être déterminée en tenant compte de l'objectif, de la taille (en particulier de l'épaisseur de la paroi), des performances des matériaux utilisés et des conditions de travail du récipient. Un traitement thermique après soudage doit être envisagé dans l’une des situations suivantes :
1. Conditions d'exploitation difficiles, telles que des récipients à parois épaisses présentant un risque de rupture fragile à basse température et des récipients qui supportent des charges importantes et des charges alternées.
2. Récipients sous pression soudés d'une épaisseur dépassant une certaine limite. Y compris les chaudières, les appareils sous pression pétrochimiques, etc., qui ont des réglementations et spécifications particulières.
3. Récipients sous pression à haute stabilité dimensionnelle.
4. Récipients en acier ayant une 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, une contrainte résiduelle atteignant la limite d'élasticité se forme dans la zone proche de la soudure. La génération de cette contrainte est liée à la transformation de la structure mélangée à l'austénite. De nombreux chercheurs soulignent que pour éliminer les contraintes résiduelles après le soudage, un revenu à 650 degrés peut avoir un effet bénéfique sur les récipients sous pression soudés en acier.
Dans le même temps, on pense que si un traitement thermique approprié n'est pas effectué après le soudage, des joints soudés résistants à la corrosion ne seront jamais obtenus.
On pense généralement que le traitement thermique de soulagement des contraintes est un processus dans lequel la pièce soudée est chauffée à 500-650 degrés puis refroidie lentement. La réduction des contraintes est provoquée par le fluage à haute température, qui commence à partir de 450 degrés dans l'acier au carbone et de 550 degrés dans l'acier contenant du molybdène.
Plus la température est élevée, plus il est facile d’éliminer le stress. Cependant, une fois que la température de revenu initiale de l’acier est dépassée, la résistance de l’acier sera réduite. Par conséquent, le traitement thermique destiné à soulager les contraintes doit maîtriser les deux éléments que sont la température et le temps, et aucun n’est indispensable.
Cependant, dans la contrainte interne de la construction soudée, une contrainte de traction et une contrainte de compression sont toujours accompagnées, 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 deviendra une déformation plastique, qui est la relaxation des contraintes.
Plus la température de chauffage est élevée, plus les contraintes internes sont éliminées complètement. Cependant, lorsque la température est trop élevée, la surface de l’acier sera fortement 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 inférieure d'environ 30 degrés à la température de revenu d'origine de l'acier, sinon le matériau perdra la trempe et effet de trempe, 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 après soudage pour éliminer les contraintes internes est élevée, plus le degré de ramollissement de l'acier est élevé. Habituellement, les contraintes internes peuvent être éliminées par chauffage jusqu'à la température de recristallisation de l'acier. La température de recristallisation est étroitement liée à la température de fusion. Généralement, la température de recristallisation K = 0,4 X la température de fusion (K). Plus la température du traitement thermique est proche de la température de recristallisation, plus il est efficace pour éliminer les contraintes résiduelles.
04 Prise en compte de l'effet global du PWHT
Le traitement thermique après soudage n’est pas absolument bénéfique. D'une manière générale, le traitement thermique après soudage favorise la réduction des contraintes résiduelles et n'est effectué que lorsqu'il existe des exigences strictes en matière de corrosion sous contrainte. Cependant, l'essai de résistance aux chocs des éprouvettes a montré que le traitement thermique après soudage n'était pas propice à l'amélioration de la ténacité du métal déposé et de la zone affectée thermiquement, et parfois des fissures intergranulaires peuvent se produire dans la plage de grossissement des grains de la zone affectée thermiquement. zone.
De plus, le PWHT s'appuie sur la réduction de la résistance du matériau à haute température pour éliminer les contraintes. Par conséquent, lors du PWHT, la structure peut perdre en rigidité. Pour les structures qui adoptent un PWHT global ou partiel, la capacité de support de la soudure à haute température doit être prise en compte avant le traitement thermique.
Par conséquent, lorsqu’on envisage d’effectuer un traitement thermique après soudage, les avantages et les inconvénients du traitement thermique doivent être comparés de manière exhaustive. Du point de vue des performances structurelles, il existe un côté qui améliore les performances et un côté qui les réduit. Un jugement raisonnable doit être porté sur la base du travail de base consistant à prendre en compte de manière globale les deux aspects.
Heure de publication : 04 septembre 2024
