Zvážení tepelného zpracování při konstrukci tlakových nádob

Svařování důležitých součástí, svařování legované oceli a svařování silných dílů, to vše vyžaduje předehřátí před svařováním.Hlavní funkce předehřívání před svařováním jsou následující:

(1) Předehřev může zpomalit rychlost ochlazování po svařování, což vede k úniku difuzního vodíku ve svarovém kovu a zabraňuje vzniku trhlin způsobených vodíkem.Zároveň se snižuje stupeň vytvrzení svaru a tepelně ovlivněné zóny a zlepšuje se odolnost svarového spoje proti praskání.

(2) Předehřev může snížit namáhání při svařování.Rovnoměrný lokální předehřev nebo celkový předehřev může snížit teplotní rozdíl (známý také jako teplotní gradient) mezi svařovanými díly v oblasti svařování.Tímto způsobem se na jedné straně sníží napětí při svařování a na druhé straně se sníží rychlost deformace při svařování, což je výhodné pro zamezení vzniku trhlin při svařování.

(3) Předehřev může snížit tuhost svařované konstrukce, zejména tuhost koutového spoje.S rostoucí teplotou předehřevu se snižuje výskyt trhlin.

Volba teploty předehřevu a interpass teploty nesouvisí pouze s chemickým složením oceli a elektrody, ale také s tuhostí svařované konstrukce, metodou svařování, teplotou okolí atd., což by mělo být stanoveno po komplexním zvážení těchto faktory.

Kromě toho má stejnoměrnost teploty předehřívání ve směru tloušťky ocelového plechu a rovnoměrnost v oblasti svaru důležitý vliv na snížení svařovacího napětí.Šířka lokálního předehřevu by měla být určena podle uchycení svařovaného obrobku.Obecně by měla být trojnásobkem tloušťky stěny kolem oblasti svaru a neměla by být menší než 150-200 mm.Pokud předehřívání není rovnoměrné, místo snížení svařovacího napětí zvýší svařovací napětí.

Existují tři účely tepelného zpracování po svařování: odstranění vodíku, odstranění napětí při svařování, zlepšení struktury svaru a celkového výkonu.

Dehydrogenační úprava po svaru označuje nízkoteplotní tepelné zpracování prováděné po dokončení svařování a svar nebyl ochlazen pod 100 °C.Obecná specifikace je zahřát na 200 ~ 350 ℃ a udržovat ji po dobu 2-6 hodin.Hlavní funkcí úpravy eliminace vodíku po svařování je urychlení úniku vodíku ve svaru a tepelně ovlivněné zóně, což je mimořádně účinné při prevenci vzniku trhlin při svařování při svařování nízkolegovaných ocelí.

Během procesu svařování v důsledku nerovnoměrnosti ohřevu a ochlazování a omezení nebo vnějšího omezení samotné součásti bude vždy po dokončení svařovacích prací v součásti vznikat svařovací napětí.Existence svařovacího napětí v součásti sníží skutečnou únosnost oblasti svarového spoje, způsobí plastickou deformaci a ve vážných případech dokonce povede k poškození součásti.

Tepelné zpracování pro odlehčení pnutí má za cíl snížit mez kluzu svařovaného obrobku při vysoké teplotě, aby se dosáhlo účelu uvolnění napětí při svařování.Existují dva běžně používané způsoby: jedním je celkové vysokoteplotní popouštění, to znamená, že se celý svařenec vloží do ohřívací pece, pomalu se zahřeje na určitou teplotu, poté se po určitou dobu udržuje a nakonec se ochladí na vzduchu popř. v peci.

Tímto způsobem lze eliminovat 80%-90% namáhání při svařování.Další metodou je lokální vysokoteplotní temperování, tedy pouze zahřátí svaru a jeho okolí a následné pomalé ochlazování, čímž se sníží špičková hodnota svařovacího napětí, distribuce napětí bude relativně plochá a svařovací napětí se částečně eliminuje.

Po svaření některých materiálů z legované oceli se u jejich svarových spojů objeví ztvrdlá struktura, což zhorší mechanické vlastnosti materiálu.Navíc tato zpevněná struktura může vést k destrukci spoje působením svařovacího napětí a vodíku.Po tepelném zpracování se zlepšuje metalografická struktura spoje, zlepšuje se plasticita a houževnatost svarového spoje a zlepšují se komplexní mechanické vlastnosti svarového spoje.

Dehydrogenační úprava spočívá v udržování tepla po určitou dobu v rozsahu teplot ohřevu 300 až 400 stupňů.Účelem je urychlit únik vodíku ve svarovém spoji a účinek dehydrogenační úpravy je lepší než u nízkoteplotního dohřevu.

Tepelné zpracování po svařování a po svařování, včasné dohřev a dehydrogenační ošetření po svařování jsou jedním z účinných opatření, jak zabránit vzniku studených trhlin při svařování.Vodíkem vyvolané trhliny způsobené akumulací vodíku při víceprůchodovém a vícevrstvém svařování tlustých plechů by měly být ošetřeny 2 až 3 přechodnými úpravami pro odstranění vodíku.

Zvážení tepelného zpracování při konstrukci tlakových nádob

Úvahy o tepelném zpracování při konstrukci tlakových nádob Tepelné zpracování, jako tradiční a efektivní metoda pro zlepšení a obnovu vlastností kovů, bylo vždy relativně slabým článkem při navrhování a výrobě tlakových nádob.

Tlakové nádoby zahrnují čtyři typy tepelných úprav:

Tepelné zpracování po svařování (tepelné zpracování odlehčení pnutí);tepelné zpracování pro zlepšení vlastností materiálu;tepelné zpracování k obnovení vlastností materiálu;ošetření odstraněním vodíku po svařování.Důraz je kladen na diskusi o otázkách souvisejících s tepelným zpracováním po svařování, které je široce používáno při konstrukci tlakových nádob.

1. Potřebuje tlaková nádoba z austenitické nerezové oceli po svařování tepelné zpracování?Tepelné zpracování po svařování spočívá ve využití snížení meze průtažnosti kovového materiálu při vysoké teplotě k vytvoření plastového toku v místě, kde je napětí vysoké, aby se dosáhlo účelu eliminace zbytkového napětí při svařování a při současně může zlepšit plasticitu a houževnatost svarových spojů a tepelně ovlivněných oblastí a zlepšit schopnost odolávat korozi pod napětím.Tato metoda odlehčení pnutí je široce používána v tlakových nádobách z uhlíkové oceli, nízkolegované oceli s kubickou krystalickou strukturou centrovanou na tělo.

Krystalová struktura austenitické nerezové oceli je plošně centrovaná kubická.Vzhledem k tomu, že kovový materiál plošně centrované kubické krystalové struktury má více skluzových rovin než tělo centrovaná kubická struktura, vykazuje dobrou houževnatost a pevnostní vlastnosti.

Kromě toho se při konstrukci tlakových nádob často volí nerezová ocel pro dva účely antikorozní a splňující speciální požadavky na teplotu.Kromě toho je nerezová ocel ve srovnání s uhlíkovou ocelí a nízkolegovanou ocelí drahá, takže její tloušťka stěny nebude příliš velká.tlustý.

S ohledem na bezpečnost běžného provozu tedy nejsou u tlakových nádob z austenitické nerezové oceli nutné požadavky na tepelné zpracování po svařování.

Co se týče koroze v důsledku použití, nestabilita materiálu, jako je zhoršení způsobené abnormálními provozními podmínkami, jako je únava, rázové zatížení atd., je obtížné uvažovat v běžné konstrukci.Pokud tyto situace nastanou, příslušný vědecký a technický personál (jako je: návrh, použití, vědecký výzkum a další relevantní jednotky) musí provést hloubkový výzkum, srovnávací experimenty a přijít s proveditelným plánem tepelného zpracování, aby bylo zajištěno, že komplexní provozní výkon tlakové nádoby tím není ovlivněn.

V opačném případě, pokud není plně zvážena potřeba a možnost tepelného zpracování pro tlakové nádoby z austenitické nerezové oceli, je často nemožné jednoduše stanovit požadavky na tepelné zpracování austenitické nerezové oceli analogicky s uhlíkovou ocelí a nízkolegovanou ocelí.

V současné normě jsou požadavky na tepelné zpracování tlakových nádob z austenitické nerezové oceli po svařování dosti vágní.V GB150 je stanoveno: „Pokud není na výkresech uvedeno jinak, hlavy z austenitické nerezové oceli tvarované za studena nesmí být tepelně zpracovány“.

Pokud jde o to, zda se tepelné zpracování provádí v jiných případech, může se lišit podle chápání různých lidí.V GB150 je stanoveno, že nádoba a její tlakové součásti splňují jednu z následujících podmínek a měly by být tepelně zpracovány.Druhá a třetí položka jsou: „Nádoby s korozí pod napětím, jako jsou nádoby obsahující zkapalněný ropný plyn, kapalný amoniak atd.a „Nádoby obsahující extrémně nebo vysoce toxická média“.

Je v něm pouze stanoveno: „Pokud není na výkresech uvedeno jinak, svarové spoje austenitické nerezové oceli nesmí být tepelně zpracovány“.

Z roviny standardního vyjadřování je třeba tento požadavek chápat především pro různé situace uvedené v první položce.Výše uvedená druhá a třetí situace nemusí být nutně zahrnuta.

Tímto způsobem lze komplexněji a přesněji vyjádřit požadavky na tepelné zpracování tlakových nádob z austenitické nerezové oceli po svařování, aby se projektanti mohli rozhodnout, zda a jak provést tepelné zpracování tlakových nádob z austenitické nerezové oceli podle skutečné situace.

Článek 74 99. vydání „Předpisů o kapacitě“ jasně říká: „Tlakové nádoby z austenitické nerezové oceli nebo neželezných kovů obecně nevyžadují po svařování tepelné zpracování.Pokud je pro zvláštní požadavky požadováno tepelné zpracování, mělo by to být uvedeno na výkresu.“

2. Tepelné zpracování výbušných nádob z ocelových plechů plátovaných z nerezové oceli Výbušné ocelové pláty z nerezové oceli jsou stále více používány v průmyslu tlakových nádob, protože mají vynikající odolnost proti korozi, dokonalou kombinaci mechanické pevnosti a rozumné ceny.Na problémy tepelného zpracování by měli být upozorněni i konstruktéři tlakových nádob.

Technickým ukazatelem, kterému konstruktéři tlakových nádob obvykle přikládají důležitost u kompozitních panelů, je rychlost jejich lepení, zatímco tepelné zpracování kompozitních panelů je často považováno za velmi malé nebo by mělo být zohledněno příslušnými technickými normami a výrobci.Proces tryskání kovových kompozitních panelů je v podstatě proces aplikace energie na kovový povrch.

Působením vysokorychlostního pulsu se kompozitní materiál srazí se základním materiálem šikmo a ve stavu kovového paprsku se mezi plátovaným kovem a základním kovem vytvoří klikaté kompozitní rozhraní pro dosažení vazby mezi atomy.

Základní kov po explozivním zpracování je ve skutečnosti podroben procesu deformačního zpevnění.

V důsledku toho se zvyšuje pevnost v tahu σb, snižuje se index plasticity a hodnota meze kluzu σs není zřejmá.Ať už se jedná o ocel řady Q235 nebo 16MnR, po explozivním zpracování a následném testování jejích mechanických vlastností všechny vykazují výše uvedený jev zpevnění deformací.V tomto ohledu jak plátovaná deska z titanové oceli, tak plátovaná deska z niklové oceli vyžaduje, aby plátovaná deska byla podrobena tepelnému zpracování odlehčením pnutí po výbušném smíchání.

99. vydání „měřiče kapacity“ má v tomto také jasné předpisy, ale pro výbušné kompozitní austenitické nerezové plechy žádné takové předpisy neexistují.

V současných příslušných technických normách je otázka, zda a jak tepelně zpracovat plech z austenitické nerezové oceli po zpracování výbuchem, poměrně vágní.

GB8165-87 „Nerezový plátovaný ocelový plech“ stanoví: „Podle dohody mezi dodavatelem a kupujícím lze dodat také ve stavu válcovaném za tepla nebo ve stavu tepelně zpracovaném.“Dodává se pro vyrovnávání, ořezávání nebo řezání.Na přání může být povrch kompozitu mořen, pasivován nebo leštěn a lze jej dodat i v tepelně zpracovaném stavu.“

Není zde zmínka o tom, jak se tepelné zpracování provádí.Hlavním důvodem tohoto stavu je stále výše zmíněný problém senzibilizovaných oblastí, kde austenitická nerezová ocel vyvolává mezikrystalovou korozi.

GB8547-87 „Titanová ocel plátovaná deska“ stanoví, že systém tepelného zpracování pro tepelné zpracování plátované titanové oceli je: 540 ℃ ± 25 ℃, tepelná konzervace po dobu 3 hodin.A tato teplota je právě v rozmezí teplot senzibilizace austenitické nerezové oceli (400℃–850℃).

Proto je obtížné dát jasné předpisy pro tepelné zpracování výbušných kompozitních austenitických nerezových plechů.Naši konstruktéři tlakových nádob musí mít v tomto ohledu jasno, věnovat dostatečnou pozornost a přijmout odpovídající opatření.

Za prvé, 1Cr18Ni9Ti by se neměl používat pro plátovanou nerezovou ocel, protože ve srovnání s nízkouhlíkovou austenitickou nerezovou ocelí 0Cr18Ni9 je její obsah uhlíku vyšší, je pravděpodobnější výskyt senzibilizace a její odolnost vůči mezikrystalové korozi je snížena.

Kromě toho, pokud se plášť a hlava tlakové nádoby vyrobené z výbušného kompozitního austenitického nerezového plechu používají v náročných podmínkách, jako jsou: vysoký tlak, kolísání tlaku a extrémně a vysoce nebezpečná média, měl by být použit 00Cr17Ni14Mo2.Austenitické nerezové oceli s ultra nízkým obsahem uhlíku minimalizují možnost senzibilizace.

Požadavky na tepelné zpracování pro kompozitní panely by měly být jasně uvedeny a systém tepelného zpracování by měl být určen po konzultaci s příslušnými stranami, aby bylo dosaženo účelu, že základní materiál má určitou rezervu plastu a kompozitní materiál má požadovaná odolnost proti korozi.

3. Lze použít jiné metody k nahrazení celkového tepelného zpracování zařízení?Vzhledem k omezením podmínek výrobce a zohlednění ekonomických zájmů mnoho lidí zkoumalo jiné způsoby, jak nahradit celkové tepelné zpracování tlakových nádob.Tyto průzkumy jsou sice přínosné a cenné, ale v současné době také nenahrazují celkové tepelné zpracování tlakových nádob.

Požadavky na integrální tepelné zpracování nebyly v současně platných normách a postupech zmírněny.Mezi různé alternativy celkového tepelného zpracování jsou typičtější: lokální tepelné zpracování, metoda tepání pro odstranění zbytkového napětí při svařování, metoda výbuchu pro odstranění zbytkového napětí při svařování a metoda vibrací, metoda horké vodní lázně atd.

Částečné tepelné zpracování: V 10.4.5.3 GB150-1998 „Ocelové tlakové nádoby“ je stanoveno: „Svarové spoje B, C, D, svarové spoje typu A spojující kulovou hlavu a válec a vadné svařované díly lze použít. částečné tepelné zpracování.Metoda tepelného zpracování."Toto nařízení znamená, že pro svar třídy A na válci není povolena metoda místního tepelného zpracování, to znamená: celé zařízení nesmí používat metodu místního tepelného zpracování, jedním z důvodů je, že zbytkové napětí svařování nemůže být eliminovány symetricky.

Metoda příklepu eliminuje zbytkové napětí při svařování: to znamená, že při ručním příklepu se na povrch svarového spoje superponuje laminační napětí, čímž se nepříznivý účinek zbytkového tahového napětí částečně vyrovná.

V zásadě má tato metoda určitý inhibiční účinek na zabránění koroznímu praskání pod napětím.

Protože však v praktickém provozním procesu neexistují žádné kvantitativní ukazatele a přísnější provozní postupy a ověřovací práce pro srovnání a použití nestačí, nebyla přijata současnou normou.

Metoda výbuchu k odstranění zbytkového napětí při svařování: Trhavina je speciálně vyrobena do tvaru pásky a vnitřní stěna zařízení je přilepena na povrch svarového spoje.Mechanismus je stejný jako u kladivové metody, aby se eliminovalo zbytkové napětí při svařování.

Říká se, že tato metoda může kompenzovat některé nedostatky metody příklepu pro odstranění zbytkového napětí při svařování.Některé jednotky však použily celkové tepelné zpracování a metodu výbuchu k odstranění zbytkového napětí při svařování na dvou zásobnících LPG se stejnými podmínkami.Po letech kontrola otevření nádrže zjistila, že svarové spoje první jsou neporušené, zatímco svarové spoje skladovací nádrže, jejichž zbytkové pnutí bylo eliminováno metodou výbuchu, vykazovaly mnoho trhlin.Tímto způsobem je kdysi oblíbená metoda výbuchu k odstranění zbytkového napětí při svařování tichá.

Existují i ​​jiné metody svařování zbytkového napětí, které z různých důvodů nebyly akceptovány průmyslem tlakových nádob.Stručně řečeno, celkové tepelné zpracování tlakových nádob po svařování (včetně podtepelného zpracování v peci) má nevýhody ve vysoké spotřebě energie a dlouhé době cyklu a ve skutečném provozu čelí různým potížím v důsledku faktorů, jako je např. konstrukce tlakové nádoby, ale stále je to současný průmysl tlakových nádob.Jediná metoda eliminace zbytkového napětí při svařování, která je přijatelná ve všech ohledech.