النظر في المعالجة الحرارية في تصميم وعاء الضغط

يتطلب لحام المكونات المهمة ولحام سبائك الصلب ولحام الأجزاء السميكة التسخين المسبق قبل اللحام.الوظائف الرئيسية للتسخين المسبق قبل اللحام هي كما يلي:

(1) يمكن أن يؤدي التسخين المسبق إلى إبطاء معدل التبريد بعد اللحام ، مما يؤدي إلى هروب الهيدروجين القابل للانتشار في معدن اللحام وتجنب التشققات التي يسببها الهيدروجين.في الوقت نفسه ، يتم تقليل درجة تصلب اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة ، ويتم تحسين مقاومة التشقق للمفصل الملحوم.

(2) يمكن أن يقلل التسخين المسبق من إجهاد اللحام.يمكن أن يؤدي التسخين المسبق الموضعي الموحد أو التسخين المسبق الكلي إلى تقليل فرق درجة الحرارة (المعروف أيضًا باسم تدرج درجة الحرارة) بين قطع العمل المراد لحامها في منطقة اللحام.بهذه الطريقة ، من ناحية ، يتم تقليل إجهاد اللحام ، ومن ناحية أخرى ، يتم تقليل معدل إجهاد اللحام ، وهو أمر مفيد لتجنب تشققات اللحام.

(3) يمكن أن يقلل التسخين المسبق من قيود الهيكل الملحوم ، وخاصة تقييد مفصل الشرائح.مع زيادة درجة حرارة التسخين المسبق ، تقل نسبة حدوث التشققات.

لا يرتبط اختيار درجة حرارة التسخين المسبق ودرجة حرارة العبور فقط بالتركيب الكيميائي للصلب والقطب الكهربي ، ولكن أيضًا بصلابة الهيكل الملحوم وطريقة اللحام ودرجة الحرارة المحيطة وما إلى ذلك ، والتي يجب تحديدها بعد دراسة شاملة لهذه عوامل.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن توحيد درجة حرارة التسخين المسبق في اتجاه سمك الصفيحة الفولاذية والتوحيد في منطقة اللحام لهما تأثير مهم على تقليل إجهاد اللحام.يجب تحديد عرض التسخين المحلي وفقًا لقيود قطعة العمل المراد لحامها.بشكل عام ، يجب أن يكون سمك الجدار حول منطقة اللحام ثلاثة أضعاف ، ويجب ألا يقل عن 150-200 مم.إذا لم يكن التسخين المسبق منتظمًا ، فبدلاً من تقليل إجهاد اللحام ، فإنه سيزيد من إجهاد اللحام.

هناك ثلاثة أغراض للمعالجة الحرارية بعد اللحام: التخلص من الهيدروجين ، والقضاء على إجهاد اللحام ، وتحسين هيكل اللحام والأداء العام.

تشير معالجة نزع الهيدروجين بعد اللحام إلى المعالجة الحرارية ذات درجة الحرارة المنخفضة التي يتم إجراؤها بعد اكتمال اللحام ولم يتم تبريد اللحام إلى أقل من 100 درجة مئوية.المواصفات العامة للتسخين إلى 200 ~ 350 ℃ والاحتفاظ بها لمدة 2-6 ساعات.تتمثل الوظيفة الرئيسية لمعالجة إزالة الهيدروجين بعد اللحام في تسريع هروب الهيدروجين في منطقة اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة ، وهو أمر فعال للغاية في منع تشققات اللحام أثناء لحام الفولاذ منخفض السبائك.

أثناء عملية اللحام ، نظرًا لعدم انتظام التدفئة والتبريد ، والقيود أو التقييد الخارجي للمكون نفسه ، سيتم دائمًا إنشاء إجهاد اللحام في المكون بعد اكتمال أعمال اللحام.سيؤدي وجود إجهاد اللحام في المكون إلى تقليل قدرة التحمل الفعلية لمنطقة الوصلة الملحومة ، ويسبب تشوهًا بلاستيكيًا ، بل ويؤدي إلى تلف المكون في الحالات الشديدة.

المعالجة الحرارية لتخفيف الضغط هي لتقليل قوة الخضوع لقطع العمل الملحومة عند درجة حرارة عالية لتحقيق الغرض من تخفيف إجهاد اللحام.هناك طريقتان شائعتان الاستخدام: الأولى هي التقسية الكلية لدرجة الحرارة العالية ، أي أن اللحام كله يوضع في فرن التسخين ، ويتم تسخينه ببطء إلى درجة حرارة معينة ، ثم يتم الاحتفاظ به لفترة من الوقت ، ثم يتم تبريده أخيرًا في الهواء أو في الفرن.

بهذه الطريقة ، يمكن التخلص من 80٪ إلى 90٪ من إجهاد اللحام.طريقة أخرى هي التقسية المحلية ذات درجة الحرارة المرتفعة ، أي تسخين اللحام والمنطقة المحيطة به فقط ، ثم التبريد ببطء ، مما يقلل من قيمة ذروة إجهاد اللحام ، مما يجعل توزيع الضغط مسطحًا نسبيًا ، والقضاء جزئيًا على إجهاد اللحام.

بعد أن يتم لحام بعض مواد سبائك الصلب ، ستظهر مفاصلها الملحومة هيكلًا صلبًا ، مما يؤدي إلى تدهور الخواص الميكانيكية للمادة.بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي هذا الهيكل المتصلب إلى تدمير المفصل تحت تأثير إجهاد اللحام والهيدروجين.بعد المعالجة الحرارية ، يتم تحسين الهيكل المعدني للمفصل ، وتحسين مرونة وصلابة المفصل الملحوم ، وتحسين الخواص الميكانيكية الشاملة للمفصل الملحوم.

علاج نزع الهيدروجين هو الحفاظ على الدفء لفترة من الزمن ضمن نطاق درجة حرارة التسخين من 300 إلى 400 درجة.والغرض من ذلك هو تسريع هروب الهيدروجين في الوصلة الملحومة ، وتأثير معالجة نزع الهيدروجين أفضل من تأثير درجة الحرارة المنخفضة بعد التسخين.

تعتبر المعالجة الحرارية بعد اللحام واللحام ، والتسخين اللاحق في الوقت المناسب وعلاج نزع الهيدروجين بعد اللحام أحد التدابير الفعالة لمنع التشققات الباردة في اللحام.يجب معالجة الشقوق التي يسببها الهيدروجين الناتجة عن تراكم الهيدروجين في اللحام متعدد الممرات والطبقات المتعددة للألواح السميكة ب 2 إلى 3 علاجات وسيطة لإزالة الهيدروجين.

النظر في المعالجة الحرارية في تصميم وعاء الضغط

النظر في المعالجة الحرارية في تصميم أوعية الضغط ، لطالما كانت المعالجة الحرارية ، كطريقة تقليدية وفعالة لتحسين واستعادة خصائص المعادن ، حلقة ضعيفة نسبيًا في تصميم وتصنيع أوعية الضغط.

تتضمن أوعية الضغط أربعة أنواع من المعالجات الحرارية:

المعالجة الحرارية بعد اللحام (المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد) ؛المعالجة الحرارية لتحسين خصائص المواد ؛المعالجة الحرارية لاستعادة خصائص المواد ؛علاج إزالة الهيدروجين بعد اللحام.ينصب التركيز هنا على مناقشة القضايا المتعلقة بالمعالجة الحرارية لما بعد اللحام ، والتي تستخدم على نطاق واسع في تصميم أوعية الضغط.

1. هل يحتاج وعاء الضغط الأوستنيتي الفولاذي المقاوم للصدأ إلى معالجة حرارية بعد اللحام؟المعالجة الحرارية لما بعد اللحام هي استخدام تقليل حد العائد للمادة المعدنية عند درجة حرارة عالية لتوليد تدفق بلاستيك في المكان الذي يكون فيه الضغط مرتفعًا ، وذلك لتحقيق الغرض من التخلص من إجهاد اللحام المتبقي ، وفي يمكن في نفس الوقت تحسين اللدونة وصلابة المفاصل الملحومة والمنطقة المتأثرة بالحرارة ، وتحسين القدرة على مقاومة تآكل الإجهاد.تستخدم طريقة تخفيف الضغط هذه على نطاق واسع في أوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الكربوني ، وأوعية الضغط الفولاذية منخفضة السبائك ذات الهيكل البلوري المكعب المتمركز حول الجسم.

يتكون الهيكل البلوري للفولاذ الأوستنيتي من شكل مكعب محوره الوجه.نظرًا لأن المادة المعدنية للهيكل البلوري المكعب المتمركز على الوجه تحتوي على مستويات انزلاق أكثر من المكعب المتمركز حول الجسم ، فإنها تُظهر صلابة جيدة وخصائص تقوية الإجهاد.

بالإضافة إلى ذلك ، في تصميم أوعية الضغط ، غالبًا ما يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ لغرضين هما مقاومة التآكل وتلبية المتطلبات الخاصة لدرجة الحرارة.بالإضافة إلى ذلك ، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ غالي الثمن مقارنة بالفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبيكة ، لذلك لن يكون سمك جداره مرتفعًا جدًا.سميك.

لذلك ، مع الأخذ في الاعتبار سلامة التشغيل العادي ، ليست هناك حاجة لمتطلبات المعالجة الحرارية بعد اللحام لأوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.

بالنسبة للتآكل الناتج عن الاستخدام ، يصعب مراعاة عدم استقرار المواد ، مثل التدهور الناتج عن ظروف التشغيل غير الطبيعية مثل التعب وحمل الصدمات وما إلى ذلك ، في التصميم التقليدي.في حالة وجود هذه المواقف ، يحتاج الموظفون العلميون والفنيون ذوو الصلة (مثل: التصميم والاستخدام والبحث العلمي والوحدات الأخرى ذات الصلة) إلى إجراء بحث متعمق وتجارب مقارنة والتوصل إلى خطة معالجة حرارية مجدية لضمان أن لا يتأثر أداء خدمة وعاء الضغط.

خلاف ذلك ، إذا لم تؤخذ في الاعتبار الحاجة وإمكانية المعالجة الحرارية لأوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بشكل كامل ، فغالبًا ما يكون من غير المجدي تحديد متطلبات المعالجة الحرارية للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عن طريق القياس مع الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك.

في المعيار الحالي ، فإن متطلبات المعالجة الحرارية لما بعد اللحام لأوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي غامضة نوعًا ما.وهو منصوص عليه في GB150: "ما لم ينص على خلاف ذلك في الرسومات ، لا يجوز معالجة رؤوس الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ المشكل على البارد بالحرارة".

أما فيما يتعلق بإجراء المعالجة الحرارية في حالات أخرى ، فقد تختلف وفقًا لفهم الأشخاص المختلفين.ينص GB150 على أن الحاوية ومكونات الضغط الخاصة بها تستوفي أحد الشروط التالية ويجب معالجتها بالحرارة.البندان الثاني والثالث هما: "حاويات التآكل الإجهادي ، مثل الحاويات التي تحتوي على غاز البترول المسال ، والأمونيا السائلة ، إلخ."و "الحاويات التي تحتوي على مواد شديدة السمية أو شديدة السمية".

فهي تنص فقط على ما يلي: "ما لم ينص على خلاف ذلك في الرسومات ، لا يجوز معالجة الوصلات الملحومة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بالحرارة".

من مستوى التعبير المعياري ، يجب فهم هذا المطلب على أنه يتعلق بشكل أساسي بالمواقف المختلفة المدرجة في البند الأول.قد لا يتم بالضرورة تضمين الحالتين الثانية والثالثة المذكورة أعلاه.

بهذه الطريقة ، يمكن التعبير عن متطلبات المعالجة الحرارية لما بعد اللحام لأوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بشكل أكثر شمولاً ودقة ، بحيث يمكن للمصممين أن يقرروا ما إذا كان سيتم المعالجة الحرارية لأوعية الضغط الأوستنيتي المقاوم للصدأ وكيفية القيام بذلك وفقًا للوضع الفعلي.

تنص المادة 74 من الإصدار 99 من "أنظمة السعة" بوضوح على ما يلي: "لا تتطلب أوعية الضغط المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ أو المعادن غير الحديدية عمومًا معالجة حرارية بعد اللحام.إذا كانت المعالجة الحرارية مطلوبة لمتطلبات خاصة ، فينبغي الإشارة إليها في الرسم ".

2. المعالجة الحرارية لحاويات الألواح الفولاذية المكسوة بالفولاذ المقاوم للصدأ المتفجرة تستخدم ألواح الفولاذ المكسو بالفولاذ المقاوم للصدأ بشكل متزايد في صناعة أوعية الضغط بسبب مقاومتها الممتازة للتآكل ، والمزيج المثالي من القوة الميكانيكية وأداء التكلفة المعقولة.يجب أيضًا لفت انتباه مصممي أوعية الضغط إلى مشكلات المعالجة الحرارية.

المؤشر الفني الذي يعلق عليه مصممو أوعية الضغط أهمية بالنسبة للألواح المركبة هو معدل الترابط الخاص بها ، في حين أن المعالجة الحرارية للألواح المركبة غالبًا ما تعتبر قليلة جدًا أو يجب أخذها في الاعتبار من خلال المعايير الفنية والشركات المصنعة ذات الصلة.عملية نسف الألواح المعدنية المركبة هي في الأساس عملية تطبيق الطاقة على السطح المعدني.

تحت تأثير النبض عالي السرعة ، تتصادم المادة المركبة مع المادة الأساسية بشكل غير مباشر ، وفي حالة النفث المعدني ، تتشكل واجهة مركبة متعرجة بين المعدن المغطى والمعدن الأساسي لتحقيق الترابط بين الذرات.

يخضع المعدن الأساسي بعد معالجة الانفجار في الواقع لعملية تقوية الإجهاد.

نتيجة لذلك ، تزداد مقاومة الشد σb ، ويقل مؤشر اللدونة ، ولا تكون قيمة مقاومة الخضوع σs واضحة.سواء كان فولاذ سلسلة Q235 أو 16MnR ، بعد معالجة الانفجار ثم اختبار خصائصه الميكانيكية ، تظهر جميعها ظاهرة تقوية الإجهاد المذكورة أعلاه.في هذا الصدد ، تتطلب كل من صفيحة التيتانيوم والصلب المكسوة واللوحة المكسوة بالنيكل والصلب أن تخضع اللوحة المكسوة للمعالجة الحرارية لتخفيف الضغط بعد التركيب المتفجر.

يحتوي الإصدار 99 من "مقياس السعة" أيضًا على لوائح واضحة بشأن ذلك ، ولكن لم يتم وضع مثل هذه اللوائح للوحة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المركبة المتفجرة.

في المعايير الفنية الحالية ذات الصلة ، فإن مسألة ما إذا كانت المعالجة الحرارية للوح الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي وكيفية معالجتها بالحرارة بعد معالجة الانفجار غامضة نسبيًا.

تنص GB8165-87 "صفيحة فولاذية مغطاة بالفولاذ المقاوم للصدأ" على ما يلي: "وفقًا للاتفاقية المبرمة بين المورد والمشتري ، يمكن أيضًا تسليمها في حالة درفلة على الساخن أو معالجة حرارياً."يتم توريدها للتسوية أو التشذيب أو القطع.بناءً على الطلب ، يمكن تخليل السطح المركب أو تخميله أو تلميعه ، ويمكن أيضًا توفيره في حالة معالجة حرارية ".

لا يوجد ذكر لكيفية إجراء المعالجة الحرارية.لا يزال السبب الرئيسي لهذا الموقف هو المشكلة المذكورة أعلاه للمناطق الحساسة حيث ينتج الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ تآكلًا بين الخلايا الحبيبية.

GB8547-87 "لوح مكسو بالتيتانيوم" ينص على أن نظام المعالجة الحرارية للمعالجة الحرارية لتخفيف الضغط للوحة المكسوة بالفولاذ التيتانيوم: 540 ℃ ± 25 ℃ ، الحفاظ على الحرارة لمدة 3 ساعات.وهذه درجة الحرارة تقع فقط في نطاق درجة حرارة التحسس للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ (400 –850 ℃).

لذلك ، من الصعب إعطاء لوائح واضحة للمعالجة الحرارية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المركب المتفجر.في هذا الصدد ، يجب أن يكون لدى مصممي أوعية الضغط لدينا فهم واضح ، وإيلاء الاهتمام الكافي ، واتخاذ الإجراءات المناسبة.

بادئ ذي بدء ، لا ينبغي استخدام 1Cr18Ni9Ti مع الفولاذ المقاوم للصدأ المغطى ، لأنه بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي منخفض الكربون 0Cr18Ni9 ، فإن محتواه من الكربون أعلى ، ومن المرجح أن يحدث التحسس ، كما تقل مقاومته للتآكل بين الخلايا الحبيبية.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم استخدام غلاف وعاء الضغط ورأسه المصنوعان من لوح الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ المركب المتفجر في ظروف قاسية ، مثل: الضغط العالي ، وتقلبات الضغط ، والوسائط شديدة الخطورة ، يجب استخدام 00Cr17Ni14Mo2.يقلل الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ ذو الكربون المنخفض للغاية من إمكانية التحسس.

يجب تقديم متطلبات المعالجة الحرارية للألواح المركبة بوضوح ، ويجب تحديد نظام المعالجة الحرارية بالتشاور مع الأطراف ذات الصلة ، وذلك لتحقيق الغرض المتمثل في أن المادة الأساسية تحتوي على قدر معين من احتياطي البلاستيك وأن تحتوي المادة المركبة على مقاومة التآكل المطلوبة.

3. هل يمكن استخدام طرق أخرى لتحل محل المعالجة الحرارية الكلية للمعدات؟نظرًا للقيود المفروضة على شروط الشركة المصنعة ومراعاة المصالح الاقتصادية ، فقد اكتشف العديد من الأشخاص طرقًا أخرى لاستبدال المعالجة الحرارية الشاملة لأوعية الضغط.على الرغم من أن هذه الاستكشافات مفيدة وقيمة ، إلا أنها في الوقت الحالي ليست بديلاً عن المعالجة الحرارية الشاملة لأوعية الضغط.

لم يتم تخفيف متطلبات المعالجة الحرارية المتكاملة في المعايير والإجراءات السارية حاليًا.من بين البدائل المختلفة للمعالجة الحرارية الشاملة ، الأكثر شيوعًا هي: المعالجة الحرارية المحلية ، وطريقة الطرق للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي ، وطريقة الانفجار للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي وطريقة الاهتزاز ، وطريقة حمام الماء الساخن ، إلخ.

المعالجة الحرارية الجزئية: منصوص عليها في 10.4.5.3 من GB150-1998 "أوعية الضغط الفولاذية": "الوصلات الملحومة B ، C ، D ، الوصلات الملحومة من النوع A التي تربط الرأس الكروي والأسطوانة وأجزاء إصلاح اللحام المعيبة مسموح باستخدامها المعالجة الحرارية الجزئية.طريقة المعالجة الحرارية ".يعني هذا التنظيم أن طريقة المعالجة الحرارية المحلية غير مسموح بها للحام الفئة أ على الأسطوانة ، أي: لا يُسمح للمعدة بأكملها باستخدام طريقة المعالجة الحرارية المحلية ، أحد الأسباب هو أن إجهاد اللحام المتبقي لا يمكن أن يكون يتم التخلص منها بشكل متماثل.

تعمل طريقة الطرق على التخلص من إجهاد اللحام المتبقي: أي ، من خلال الطرق اليدوية ، يتم فرض إجهاد التصفيح على سطح الوصلة الملحومة ، وبالتالي يتم تعويض التأثير الضار لإجهاد الشد المتبقي جزئيًا.

من حيث المبدأ ، فإن هذه الطريقة لها تأثير مثبط معين على منع تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد.

ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود مؤشرات كمية وإجراءات تشغيل أكثر صرامة في عملية التشغيل العملي ، ولا يكفي عمل التحقق للمقارنة والاستخدام ، لم يتم اعتماده وفقًا للمعيار الحالي.

طريقة التفجير للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي: المتفجرات مصنوعة خصيصًا على شكل شريط ، والجدار الداخلي للجهاز عالق على سطح الوصلة الملحومة.الآلية هي نفس آلية طريقة المطرقة للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي.

يقال أن هذه الطريقة يمكن أن تعوض بعض أوجه القصور في طريقة الطرق للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي.ومع ذلك ، فقد استخدمت بعض الوحدات المعالجة الحرارية الشاملة وطريقة الانفجار لإزالة إجهاد اللحام المتبقي على صهاريج تخزين غاز البترول المسال مع نفس الظروف.بعد سنوات ، وجد فحص فتح الخزان أن الوصلات الملحومة للخزان الأول كانت سليمة ، بينما أظهرت الوصلات الملحومة لخزان التخزين الذي تم التخلص من إجهاده المتبقي بواسطة طريقة الانفجار العديد من الشقوق.بهذه الطريقة ، فإن طريقة الانفجار الشائعة للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي تكون صامتة.

هناك طرق أخرى لتخفيف الضغط المتبقي في اللحام ، والتي لأسباب مختلفة لم يتم قبولها من قبل صناعة أوعية الضغط.باختصار ، المعالجة الحرارية الشاملة لما بعد اللحام لأوعية الضغط (بما في ذلك المعالجة الحرارية الفرعية في الفرن) لها عيوب الاستهلاك العالي للطاقة ووقت الدورة الطويل ، وتواجه صعوبات مختلفة في التشغيل الفعلي بسبب عوامل مثل هيكل وعاء الضغط ، لكنها لا تزال صناعة أوعية الضغط الحالية.الطريقة الوحيدة للتخلص من إجهاد اللحام المتبقي مقبولة من جميع النواحي.