SE452566B - Forfarande for avlastning av egenspenningar genom att kontrollera svetsningens vermetillforsel - Google Patents

Description

452 566 10 15 20 25 30 35 40 Z värmetillförsel kontrolleras så att en lokal temperatur- gradient för avlastning av egenspänníngar kan utvecklas.

På ritningarna visar fig. 1 en vy för att förklara uppvärmningsförhållandet då svetsvärmetillförseln är låg, fig. Z en vy för att förklara uppvärmningsförhâllandet då svetsvärmetillförseln är hög, fig. 3 en temperatur- fördelning då svetsvärmetillförseln är hög, fig. 4 en en-dimensíonell temperaturfördelning, fig. 5 en kurva visande förhållandet mellan den relativa värmeöverförings- koefficienten n och (T0- Ti)/TO, fig. 6 en kurva visande förhållandet mellan uppvärmningstillståndet och egen- spänningen, fig. 7 en kurva visande förhållandet mellan den relativa värmeöverföríngskoeffícienten och egen- É spänningen, och fig. 8 en vy använd för att förklara en I modifiering av föreliggande uppfinning.

Då svetsvärmetillförseln q är låg uppvärmes ett rör 1 såsom visas i fig. 1. Dvs. en upphettad del är mycket be- gränsad och krympningskraften efter kylning är låg. Då svetsvärmetillförseln q är hög uppvärmes röret såsom visas i fig. 2. Dvs. en betydande del av väggen hos röret 1 är upphöjd till en hög temperatur. Ena halvan av rörväggen är upphöjd till en temperatur som är högre än genomsnitts- temperaturen medan den återstående halvdelen av rörväggen är upphöjd till en temperatur som är lägre än genomsnitts- temperaturen. I detta fall antas krympningskraften som uppträder efter kylning vara utvecklad i den del vars temperatur är högre än genomsnittstemperaturen, dvs. ena halvdelen av rörväggen. Delen i vilken krympningskraften utvecklas är betydligt större än den delen då svetsvärme- tillförseln är låg. Som ett resultat är den resulterande egenspänningen högre än den som alstras då svetsvärme- tillförseln är låg.

För att uppskatta den värmetillförsel som krävs för tillräckliga egenspänningar antas att temperaturfördelningen i rörväggen 1 är en cirkel vars centrum sammanfaller med I detta fall erhålles svetsvärmetillförseln q genom att multiplicera en svetslinje (upphettningslinje) (se fig. 2). volymen av en halvkon såsom visas i fig. 2 med den specifika vikten och det specifika värmet. Dvs. svetsvärme- tíllförseln q erhålles genom 10 15 20 25 30 35 3 452 566 11 z d' q = ï x in X t (To - Ti)u-O 2~ q/t - 0.5-To-u.p (U där t = väggtjockleken hos ett rör, To= rekristallisationstemperaturen hos ett arbets- material, Tí= temperaturen pà rörets inneryta, u = det specifika värmet, och p = den specifika vikten.

Anledningen till att To, dvs. rekristallísations- temperaturen hos ett arbetsmaterial, användes är såsom följer. Styrkan hos ett arbetsmaterial är mycket låg vid en temperatur högre än rekristallisationstemperaturen så att även då pákänningar uppkommer praktiskt taget inga spänningar utvecklas. Dessutom kommer även om spänningar utvecklas dessa att avlastas på grund av den höga tempera- turen. Det antas sâlunda att temperaturvariationen efter det att maxímitemperaturen hos rörväggen har kylts ned till en rekristallisationstemperatur avsevärt påverkar egenspänníngarna.

Ekvation (1) är en av de nödvändiga förutsättningarna för att öka sammanpressningskraften. I ekvation (1) är To, u och p materialkonstanter sa att en av huvudpara- metrarna är att värdet av q/tz är större än högra termen i ekvationen (1).

Om de ovan beskrivna antagandena innehålles fördelas temperaturen To vid punkten 0 i axelriktníngen och i rikt- ningen av plattans tjocklek. Då temperaturen faller till rumstemperatur är därför egenspänningen axialspänningen given genom termoelastisk analys som [I sm? (z s) - k” - Ear (z) 2 oz 2 211-vi Ta a 3(1 - v )/a t Üaq där ß4 10 - avståndet över vilket temperaturen hos ytterytan av ett rör är TO/2, v = poisson's tal, E = elasticitetsmodulen, a = rörets radie, a = koeffícienten för linjär expansion, T = a (To * Ti)/2» -.. ._ _ _. ... n.. 10 15 20 25 30 35 452 566 4 _ _l_ Z 1 1 2 _' P - (1081 /u + 206) [1 + (206 1) I ekvation (2) representerar den första termen spänningen beroende på temperaturfördelningen i axial- riktníngen medan den andra termen representerar spänningen beroende på temperaturfördelningen i tjockleksriktningen.

För att göra egenspänningen 0 negativ (kompressív EQ spänning), måste (TO - Ti) göras större. Därflh'kmmær aipara- meter som gör (TO- Ti) större att diskuteras. Från den enkla en-dimensíonella modellen visad i fig. 4, T - T. o 1 _ _ A--ï-- - h(Ti TW) (3) där A = värmeledningsförmågan, h = värmeöverföringskoefficienten mellan ett kylmedel i ett rör och innerytan hos röret, Tw= temperaturen hos kylmedlet.

Eftersom T >> T o w T - T. o 1 _ n To _ n + I (4) H _ ht dar n - X- (5) n anger relativa värmeöverföringskoeffícíenten.

Fig. 5 visar förhållandet mellan den relativa värme- överföringskoeffícíenten n och kvoten To ' Ti Det framgår To - T To överföríngskoefficienten n ökas. Dvs. den relativa värme- att för att öka kvoten To i måste den relativa värme- överföringskoefficíenten n måste ökas eller väggtjockleken t hos ett rör måste ökas.

Av den ovanstående beskrivningen framgår att i avsikt att utveckla egenspänningar genom att tillföra svetsvärme- tillförseln och sedan avlasta egenspänningarna vid svetsen måste värmetillförseltillståndet q/tz och relativa värme- överföringskoefficienten n (kylningstíllståndet) noggrant bestämmas vid svetsning.

Fig. 6 visar förhållandet mellan värmetíllförsel- tillståndet q/tz (KJ/cms) och egenspänningarna (kg/mmz).

Det framgår att då värmetíllförseltillståndet q/tz är högre än ungefärligen 0,01 kan den kompressiva egenspänningen tillräcklig för att avlasta dragegenspänníngen i svetsen 10 15 20 *ZS s 452 566 utvecklas.

Fig. 7 visar förhållandet mellan den relativa värme- överföringskoefficienten n och egenspänningen. Det framgår att en tillräcklig kompressiv egenspänning kan utvecklas då den relativa värmeöverföringskoefficienten är högre än ungefärligen 2.

Det följer därför att då en svets uppvärmes under värmetillförseltillståndet q/tz 210,01 och kylningstill- ståndet sådant att den relativa värmeöverföringskoefficienten n.Ö 2, egenspänningarna kan avlastas.

Sá långt har svetsvärmetillförsel vid fall av TIG- svetsning etc. som inte genomför uppbyggnadssvetsning beskrivits. Men då värmen tillföres genom uppbyggnade- svetsning såsom visas i fig. 8 måste t i ekvation (5) ändras till (t + hy), där h' är höjden av uppbyggnads- svetsdelen 2.

Kylmedlet som är en av parametrarna för kyltillståndet är inte begränsat till luft, vatten eller liknande och det räcker att den relativa värmeöverföringskoefficienten är högre än ungefärligen 2 mot beaktande av väggtjockleken t.

Såsom beskrivits ovan kan enligt föreliggande upp- finning egenspänningar i stumsvetsade förbindningar mellan rörsektíoner eller cylindriska kärl tillfredsställande avlastas medelst en svetsmaskín på ett enkelt men ändå mycket positivt sätt oberoende av om den svetsade förbind- ningen är ny eller gammal och utan användande av storskalig specialutrustning. _. . \,..,......_........ ......~__-.._-_-_._....--.a. _

Claims (3)

452 566 f, Patentkrav

1. Förfarande för avlastning av egenspänningar genom att kentrollera svetsningens värmetíllförsel, k ä n n e - t e c k n a t a v att en svetsmaskin användes för att uppvärma en yttre yta på en stumsvetsad förbindning mellan rörsektíoner så att ett svetsvärmetíllförseltillstånd q/tz (där q = värmetillförseln och t = tjockleken på en rörvägg) är större än ungefärlígen 0,01 och en relativ värmeöverföringskoeffícient ht/A (där h = värmeöverförings- koeffícienten mellan ett kylmedel och innerytan på ett rör och A = värmeledningsförmågan hos ett rör) är högre än ungefärlígen 2.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att svetsvärmetíllförseln tillföres enbart genom en beröring av en svetsmaskin.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att svetsvärmetillförseln tillföras genom uppbyggnads- svetsning.