Keevitusjärgse kuumtöötluse numbriline simulatsioon

Surveseadmetes võivad keevitusest tingitud jääkpinged tekitada tootmisdefekte ja suurendada madala pingega rabedat purunemist. Numbriline simulatsioon on muutunud hindamatuks vahendiks, mille abil saab ennustada, kuhu need jääkpinged aja jooksul kogunevad.

Simulatsioonitulemused erinevad sageli kohapealsete katsete tulemustest, mis on tingitud erinevusest tipptemperatuuril viibimise ajas.

Temperatuuri mõju

Tõhus meetod surveseadmete mehaanilise toimivuse hindamiseks on simuleeritud pinget leevendav kuumtöötlemine (SPWHT). See hõlmab komponentide kuumutamist teatud temperatuurini pikema aja jooksul, enne kui need aeglaselt tagasi jahutatakse. SPWHT võib tõhusalt leevendada heterogeensust ja pingeid keevitatud osades, suurendades samal ajal plastilisust ja sitkust.

PWHT-protsessid võivad aga töötlemise ajal põhjustada ka kahjulikke mikrostruktuuri muutusi keevitatud komponentide jämeteralise kuumusega mõjutatud tsoonis (CGHAZ), mis viib purunemiskindluse ja väsimuskahjustuse vähenemiseni. Seetõttu on väga oluline, et me mõistaksime täielikult selle mõju CGHAZi mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele enne PWHT-protsessi alustamist.

SPWHT simulatsioon pakub tõhusat ja kuluefektiivset vahendit korduvate PWHT tsüklite mõju hindamiseks põhimetalli mehaanilistele omadustele. Kahjuks kasutatakse praegustes simulatsioonides sageli lihtsustatud kvalitatiivseid lähenemisviise ja ebatäpseid roomamise konstitutiivseid mudeleid, mis ei võta arvesse temperatuuri ja pingeseisundi mõju jääkpingetele.

Aja mõju

PWHT-töötlemisele kuluv aeg on sageli piisavalt pikk, et saavutada pingevabastus ja karastamine, mis põhjustab konstruktsioonielementide moonutusi või kokkuvarisemist, mistõttu on vajalik keevitusjärgse kuumtöötlemise normaliseerimine ainult nende konstruktsioonide puhul, mis suudavad selliseid kõrgeid temperatuure taluda, näiteks suurte ja keeruliste kujude, näiteks keevislihvidega surveanumate puhul. Et kaitsta konstruktsiooni terviklikkust selliste kõrge temperatuuriga töötlemiste ajal, peavad neid läbima ainult need konstruktsioonid, mis on võimelised end ise kandma, mis võib osutuda keeruliseks, kui tegemist on suurte, keerulise kujuga konstruktsioonidega, nagu näiteks surveanumad, mis vajavad sellist töötlemist.

Röntgendifraktsiooni ja augupuurimise meetoditega saab mõõta ainult pinna jääkpingeid; need ei saa dokumenteerida nende dünaamikat kuumutamis-, hoidmis- ja jahutustsüklite ajal. Selle käitumise põhjalik mõistmine on oluline PWHT-tsüklite optimeerimisel teatavate materjalide, näiteks Zircaloy-4 puhul, kus üks PWHT-tsükkel üksi võib vähendada põiki- ja pikijääkpingeid kuni 140 MPa võrra; selle mõju saavutamiseks on vaja uurida pinge lõõgastumise käitumist erinevatel temperatuuridel ja hoidmisaegadel.

Rõhu mõju

Piiratud katsemeetodite ja kulude tõttu tuleb keevitusjärgset kuumtöötlust surveseadmetes uurida peamiselt numbrilise simulatsiooni abil. Seetõttu on äärmiselt oluline valida sobiv ja usaldusväärne roomamise konstitutiivne mudel, et saavutada täpsed simulatsioonitulemused.

Keevituse termilise tsükli käigus läbib surveanumaterjali keevitusmetall (HAZ) keerulise kuumutus- ja jahutustsükli, mis põhjustab märkimisväärseid muutusi keevitusmetalli (HAZ) mikrostruktuuris ja mehaanilistes omadustes. Need muutused võivad põhjustada löögikindluse ja tõmbetugevuse vähenemist ning HAZi hilinenud pragunemist.

Teadlased on välja töötanud PWHT kui lähenemisviisi keevitatud konstruktsioonide toimivuse parandamiseks, leevendades keevituspingeid ja vähendades pragunemisohtu [1, 2]. PWHT hõlmab komponentide kuumutamist ideaalse temperatuurivahemikuni, mida hoitakse sobiva aja jooksul ja jahutatakse aeglaselt - selline töötlus parandab keevisliidete mikrostruktuuri, vähendab jääkpingeid ja hõlbustab vesiniku difusiooni vabanemist.

Keskkonna mõju

Keevitusjärgse kuumtöötluse (PWHT) simulatsioonid on erinevad. Mõned hõlmavad temperatuuri ja kestuse muutmist; teised uuringud käsitlevad keskkonna mõju PWHT-le; mõned uuringud uurisid isegi roomamist kuumutamisetapi ajal, mis võimaldab paremini mõista jääkpinge arengut PWHT-protsessi ajal.

Teine oluline aspekt mitteväärismetallide kuumtöötlemisel on nende mehaaniliste omaduste mõjutamine, kusjuures keemiline koostis mõjutab oluliselt tugevust ja plastilisust pärast PWHT töötlemist. Simuleeritud PWHT-töötlused võivad aidata kindlaks teha optimaalseid kuumtöötlemistingimusi iga plaatmaterjali jaoks.

Keevitusjärgne kuumtöötlus on lahutamatu samm korrosiivsete komponentide, näiteks naftaplatvormide ja veeldatud maagaasi käitiste keevitamisel, mis peavad vastu pidama karmidele keskkonnatingimustele. See hõlmab keevituspiirkonna kuumutamist kindlaksmääratud temperatuurivahemikus pikema aja jooksul enne selle aeglast jahutamist, et vähendada keevitusest põhjustatud jääkpingeid ja vastuvõtlikkust hilinenud pragunemisele.