Debido a la entrada de calor desigual durante la soldadura, el campo de temperatura interna, el campo de tensión y la microestructura del componente experimentan cambios rápidos,que puede conducir fácilmente a una deformación de plástico elástico desigualPor lo tanto, las piezas de trabajo procesadas con tecnología de soldadura se ven más afectadas por la tensión residual en comparación con otros métodos de procesamiento.

01.Tipos de tensión de soldadura

La tensión presente en las estructuras soldadas se puede dividir aproximadamente en dos categorías basadas en sus causas y propiedades

Tensión térmica:La tensión causada por el calentamiento y enfriamiento desiguales durante el proceso de soldadura.

Tensión de transición de fase:La tensión causada por la transformación desigual del tejido en la zona articular durante el proceso de soldadura se genera a menudo cuando el equivalente de carbono es alto o el proceso es inadecuado.

Esfuerzo limitado:Estreses causados por la propia estructura o por las limitaciones externas durante el proceso de soldadura.

Tensión inducida por hidrógeno:La tensión local en el área de la unión soldada causada por la acumulación de hidrógeno de difusión en micro defectos después de la soldadura.

Tensión residual de soldadura

La tensión que existe dentro de la estructura después de la soldadura, a veces conocida como tensión residual de soldadura, es una tensión interna de autoequilibrio en cualquier sección transversal dentro de la estructura.

La magnitud y la distribución de las diferentes tensiones de soldadura están relacionadas con las características del material de soldadura y del acero (como la resistencia y el coeficiente de expansión), el método del proceso de soldadura,entrada de calor, parámetros del proceso, secuencia de ensamblaje de soldadura y método de operación, así como la estructura misma o las limitaciones externas, las condiciones ambientales de soldadura, etc.A menudo aparecen en combinación y superposición..

02 Peligros de la tensión de soldadura

Causa grietas en la soldadura

Bajo la interacción de la temperatura, la organización y la restricción de la rigidez estructural, cuando la tensión de soldadura alcanza un cierto valor, se convertirá en la causa principal de varias grietas calientes,grietas frías, etc., afectando a la calidad de la estructura, causando un peligro potencial y llevando a la reparación o desguace de las piezas soldadas.

Reducir la capacidad de carga de la estructura

(1) La superposición de las tensiones residuales en los componentes soldados y las tensiones de trabajo aumenta el nivel de tensión que el componente puede soportar,pero en realidad reduce la capacidad de carga de la estructura o reduce el margen de seguridad de resistencia de la estructura.

(2) Cuando el nivel de tensión excede el límite de rendimiento del material, causará deformación plástica de tracción en el área de la articulación, consumiendo una parte de la plasticidad del material.

(3) En el área de soldadura de estructuras de paredes gruesas, las soldaduras tridimensionales que se cruzan o los defectos de las soldaduras pueden causar tensiones de tracción triaxial.reducir la capacidad de los materiales para sufrir deformaciones plásticas, y puede convertirse en el punto de origen de la fractura frágil de baja tensión.

(4) Bajo cargas de fatiga de ciclo bajo, las tensiones residuales de tracción más altas pueden causar cierto grado de deformación en estructuras que han sido utilizadas durante mucho tiempo.

Causa corrosión por esfuerzo

La presencia de tensión de tracción residual causa una corrosión por tensión que se rompe en la estructura de la pieza en medios corrosivos, lo que conduce a la corrosión por tensión y a una fractura frágil por baja tensión.

Afecta a la estabilidad de las dimensiones estructurales

Especialmente para las estructuras que deben procesarse después de la soldadura, el equilibrio de la tensión interna se verá alterado después del procesamiento, causando deformación estructural o dimensiones de procesamiento inestables.

03 Factores que afectan a la tensión de soldadura

La influencia de la forma estructural

(1) Acoplamiento de las tabletas: la distribución de las tensiones residuales en las soldaduras longitudinales y transversales se muestra en la Figura 1.

(2) la costura circunferencial del cilindro del recipiente de presión.el grosor de la pared del cilindro, y la anchura de la zona de deformación plástica de compresión (como se muestra en la figura 2), y aumentar con el aumento del diámetro del cilindro,mientras disminuye con la expansión de la zona de deformación plástica.

Figura 1 Distribución de la tensión residual en la articulación de fondo de una placa plana

Figura 2 Distribución de las tensiones residuales en la soldadura longitudinal de las costuras de circunferencia cilíndrica

El impacto de las restricciones rígidas

(1) Acoplamiento de placas: dos placas de acero se sujetan rígidamente en la dirección transversal antes de la soldadura, y no hay un impacto significativo en la tensión longitudinal después de la soldadura.Los dos lados transversales tienen una sola tensión de tracción (como se muestra en la Figura 3)Las placas estrechas dan como resultado una tensión de sujeción alta, mientras que las placas anchas dan como resultado una tensión de sujeción reducida.Después de eliminar la restricción externa, se elimina la tensión de restricción y se redistribuye la tensión residual.

(2) La costura de soldadura cerrada de la conexión de bloque incrustado.cuanto mayor sea la tensión internaLa tensión longitudinal (es decir, la tensión tangencial σ t) en el bloque incrustado (como se muestra en la figura 4) es la tensión de tracción cerca de la costura de soldadura, que puede alcanzar hasta σ s;tensión radial σ r) es también tensión de tracción cerca de la costura de soldaduraEn el centro de la incrustación, donde σ t = σ r, hay un campo de tensión bidireccional. Cuanto menor sea el diámetro de la incrustación, mayor será el valor de tensión bidireccional.La tensión de la soldadura de toma está relacionada con la forma de la unión, y la tensión del tipo de asiento exterior es menor; el tipo enchufable tiene una alta rigidez y una alta tensión.

Figura 3: Efecto de las restricciones rígidas en la tensión de soldadura

Figura 4 Tensión de soldadura en la costura de soldadura cerrada del bloque de inserción del disco

La influencia del espesor de la placa y la forma de la ranura

La distribución de las tensiones residuales varía con el grosor de la placa y no se puede ignorar la tensión transversal σ y perpendicular al eje de soldadura.Los valores medidos de tensión residual en soldadura por arco sumergido de 2.25Cr-1Mo placa ultra gruesa. vale la pena señalar que la tensión residual cerca de la superficie alcanza su pico,y esta tensión bidireccional o triaxial es una razón importante para la aparición de grietas transversales en este tipo de soldadura de aceroSi la ranura en forma de V se cambia a una doble ranura en forma de V, se generará una tensión de compresión en la raíz de la doble ranura en forma de V, lo que es beneficioso para evitar grietas de soldadura,como se muestra en la figura 6. a) Prueba; b) Placa de 55 mm de espesor: c) Placa de 100 mm de espesor

Figura 6 Distribución de las tensiones residuales durante la soldadura simétrica de una ranura doble en forma de V

La influencia de los parámetros del proceso de soldadura

Con el aumento de la entrada de calor de soldadura, el ancho de calentamiento y la tensión residual aumentan, y el ancho de tensión residual de tracción también aumenta.

Influencia de la dirección de soldadura

La tensión residual lateral es la síntesis de tensión inducida por la contracción longitudinal y transversal de la costura de soldadura y su zona de deformación plástica adyacente.Su tamaño y distribución están relacionados con la longitud de la placa y la dirección de soldaduraCuando se soldan desde el centro a ambos extremos, el centro es la tensión de compresión; cuando se soldan desde ambos extremos al centro, hay tensión de compresión en ambos extremos, como se muestra en la Figura 7.a) Soldadura desde el centro hasta ambos extremos; b) Soldar ambos extremos hacia el centro

Figura 7: Influencia de la dirección de soldadura en la distribución de las tensiones residuales laterales

El impacto de la transición de fase

Cuando se soldan aceros de alta resistencia con un equivalente de carbono alto, la microestructura de la HAZ y la soldadura pasará por una transformación de austenita a martensita, lo que resulta en un aumento del volumen específico.A esta temperatura de transición, el material ha recuperado su elasticidad, lo que resulta en una tensión de transición de fase. Se superpone con tensiones de soldadura causadas por deformación plástica desigual,que puede ser una tensión de compresión en la zona de transición de fase, y la expansión del volumen (triaxial) también puede causar una tensión de transición de fase de tracción transversal significativa en ciertas áreas, que es uno de los principales factores que conducen al agrietamiento en frío.

04 Métodos para prevenir y reducir la tensión de soldadura

Adopción de una secuencia y dirección razonables de soldadura

El principio básico es que cuando se soldan las costuras en una superficie plana, tanto la contracción longitudinal como la transversal deben ser relativamente libres.La soldadura con la mayor contracción en la estructura debe ser soldada primero, como la soldadura de la soldadura de fondo primero y luego la soldadura de filete.la secuencia de soldadura debe garantizar que los puntos de intersección no sean propensos a defectos y tengan baja rigidezComo se muestra en la Figura 8, ABC es razonable y D es irrazonable.

Figura 8 Secuencia de soldadura de las soldaduras cruzadas

Trate de utilizar la entrada de calor de soldadura pequeña tanto como sea posible

Una entrada de calor de soldadura pequeña puede reducir el rango de zonas de calentamiento desigual y la cantidad de contracción de la soldadura.soldadura de múltiples capas y de múltiples pases, la soldadura rápida sin oscilación de baja corriente y las fuentes de calor de soldadura concentradas se utilizan para controlar la temperatura entre capas para la soldadura segmentada y la soldadura inversa segmentada,con el fin de reducir la entrada de calor.

Adopción del precalentamiento global

El precalentamiento global puede reducir la diferencia de temperatura entre el área de unión de soldadura y la estructura general.para reducir la deformación plástica desigual causada por la expansión y contracción desigual en el ciclo térmico de soldadura y reducir la tensión de soldaduraPor ejemplo, en el método de soldadura en caliente del hierro fundido, el material fundido se calienta a 600 °C.

El martillo

Después de la soldadura, martillar la perla de soldadura rápida y uniformemente puede causar deformación plástica del metal de soldadura, lo que puede reducir la deformación de soldadura y la tensión de soldadura.y martillo de cabeza redonda (que puede modificarse con un cincel), pero no con una punta puntiaguda) se debe utilizar para golpear en secuencia, con una fuerza moderada para afectar el rango de 2 mm.La longitud de la perla de soldadura y la temperatura de martillado deben seleccionarse en función de las propiedades del materialPor lo general, no se debe martillar la perla de soldadura de la raíz para evitar agrietamientos, y no se debe martillar la perla de soldadura de la cubierta para evitar afectar la apariencia.

Reducir el impacto del hidrógeno

Especialmente para los aceros de aleación de alta resistencia con tendencia al craqueo en frío, debe prestarse atención a reducir la influencia del hidrógeno.Si se utilizan barras de soldadura con bajo contenido de hidrógeno y flujos alcalinos, se secan y se almacenan en una botella de secado de acuerdo con la normativa, pueden ser tomadas según sea necesario para eliminar la humedad, el aceite, el óxido, etc. de la superficie de la ranura,Control de la temperatura del entorno de soldadura, y si es necesario, realizar un tratamiento de deshidrogenación, es decir, calentar inmediatamente hasta 250 °C durante 2-3 horas o 350 °C durante 1-2 horas después de la soldadura, según la situación.

Tratamiento para aliviar el estrés

La eliminación de la tensión residual de soldadura se logra causando deformación plástica de tracción cerca del área de soldadura y reduciendo el grado de deformación plástica residual.
(1) Tratamiento térmico de alivio de tensión (esfriamiento de alivio de tensión): calentar la estructura soldada en su totalidad o localmente a 20-30 °C por debajo del punto de transición de fase del acero para aislamiento,para generar la deformación plástica requerida para el alivio de la tensión a través del deslizamiento durante el aislamientoEl mantenimiento a una cierta temperatura durante aproximadamente 1 hora puede eliminar eficazmente la tensión, y la mayor parte del tiempo necesario para el tratamiento térmico de estructuras de paredes gruesas se utiliza para calentar y enfriar.Este método puede generalmente relajar el 70% al 90% de la tensión residualAl mismo tiempo, también ha mejorado el material de la mayoría de las áreas de soldadura de acero.Es importante elegir cuidadosamente la velocidad de calentamiento y la temperatura de aislamiento.

(2) Método de carga: utilizando principios mecánicos para cargar e inducir la deformación plástica en la zona de tensión residual de la unión soldada,y relajar la fuerza de tracción en la zona articular después de la reducción de la cargaEste método sólo es aplicable a materiales plásticos con una resistencia de rendimiento relativamente baja.y se debe prestar atención a que la temperatura del agua esté por encima de la temperatura de transición frágil del materialEn los últimos años, también se ha desarrollado el método de alivio de la tensión por explosión y el método de alivio de la tensión por vibración.

(3) Método de estiramiento por diferencia de temperatura (o método de alivio de tensión a baja temperatura): calentar cada lado de la costura de soldadura con una antorcha de oxiacetileno adecuada.rociar agua con el tubo de drenaje a cierta distancia detrás (véase la figura 9), y mantener la misma distancia para crear un campo de temperatura con una temperatura alta en ambos lados (alrededor de 200 °C) y una temperatura baja en la costura de soldadura (alrededor de 100 °C).Esto hace que la expansión térmica en ambos lados para causar deformación plástica de tracción de la costura de soldaduraEste método no es un gran problema para el acero bajo en carbono, pero puede ser útil para la reducción de la carga de acero.pero se debe prestar especial atención a la influencia de la temperatura en el material para el acero aleado.

Figura 9 Método de estiramiento por diferencia de temperatura