Overvejelse af varmebehandling i trykbeholderdesign

Svejsning af vigtige komponenter, svejsning af legeret stål og svejsning af tykke dele kræver alle forvarmning før svejsning.Hovedfunktionerne ved forvarmning før svejsning er som følger:

(1) Forvarmning kan sænke afkølingshastigheden efter svejsning, hvilket er befordrende for udslip af diffuserbart brint i svejsemetallet og undgår brintinducerede revner.Samtidig reduceres hærdningsgraden af ​​svejsningen og den varmepåvirkede zone, og revnemodstanden i svejsningen forbedres.

(2) Forvarmning kan reducere svejsebelastningen.Ensartet lokal forvarmning eller overordnet forvarmning kan reducere temperaturforskellen (også kendt som temperaturgradient) mellem de emner, der skal svejses i svejseområdet.På den måde reduceres på den ene side svejsespændingen, og på den anden side reduceres svejsebelastningsraten, hvilket er en fordel for at undgå svejserevner.

(3) Forvarmning kan reducere tilbageholdelsen af ​​den svejste struktur, især fastholdelsen af ​​filetsamlingen.Med stigningen af ​​forvarmningstemperaturen falder forekomsten af ​​revner.

Valget af forvarmningstemperatur og interpass-temperatur er ikke kun relateret til stålets og elektrodens kemiske sammensætning, men også til stivheden af ​​den svejste struktur, svejsemetode, omgivelsestemperatur osv., som bør bestemmes efter en omfattende overvejelse af disse faktorer.

Desuden har ensartetheden af ​​forvarmningstemperaturen i stålpladens tykkelsesretning og ensartetheden i svejsezonen en vigtig indflydelse på reduktionen af ​​svejsespændingen.Bredden af ​​lokal forvarmning skal bestemmes i henhold til fastholdelsen af ​​det emne, der skal svejses.Generelt bør det være tre gange vægtykkelsen omkring svejseområdet og bør ikke være mindre end 150-200 mm.Hvis forvarmningen ikke er ensartet, vil det i stedet for at reducere svejsespændingen øge svejsespændingen.

Der er tre formål med varmebehandling efter svejsning: eliminering af brint, eliminering af svejsebelastning, forbedring af svejsestruktur og overordnet ydeevne.

Post-svejsedehydrogeneringsbehandling refererer til lavtemperatur varmebehandling, der udføres efter svejsningen er afsluttet, og svejsningen ikke er blevet afkølet til under 100 °C.Den generelle specifikation er at opvarme til 200 ~ 350 ℃ og holde det i 2-6 timer.Hovedfunktionen af ​​eftersvejsebrint-elimineringsbehandling er at accelerere udslip af brint i den svejse- og varmepåvirkede zone, hvilket er ekstremt effektivt til at forhindre svejserevner under svejsning af lavlegeret stål.

Under svejseprocessen, på grund af uensartetheden af ​​opvarmning og afkøling, og fastholdelsen eller ekstern begrænsning af selve komponenten, vil der altid blive genereret svejsespænding i komponenten, efter at svejsearbejdet er afsluttet.Eksistensen af ​​svejsespænding i komponenten vil reducere den faktiske bæreevne af det svejste samlingsområde, forårsage plastisk deformation og endda føre til beskadigelse af komponenten i alvorlige tilfælde.

Afspændingsaflastende varmebehandling er at reducere flydespændingen af ​​det svejste emne ved høj temperatur for at opnå formålet med at afslappe svejsespændingen.Der er to almindeligt anvendte metoder: den ene er den overordnede højtemperaturtempering, det vil sige, at hele svejsningen sættes i varmeovnen, langsomt opvarmes til en bestemt temperatur, derefter opbevares i en periode og til sidst afkøles i luften eller i ovnen.

På denne måde kan 80%-90% af svejsebelastningen elimineres.En anden metode er lokal højtemperaturtempering, det vil sige kun opvarmning af svejsningen og dens omgivende område og derefter langsom afkøling, hvilket reducerer spidsværdien af ​​svejsespændingen, gør spændingsfordelingen relativt flad og delvist eliminerer svejsespændingen.

Efter at nogle legerede stålmaterialer er svejset, vil deres svejsede samlinger fremstå som hærdet struktur, hvilket vil forringe materialets mekaniske egenskaber.Derudover kan denne hærdede struktur føre til ødelæggelse af samlingen under påvirkning af svejsespænding og brint.Efter varmebehandling forbedres den metallografiske struktur af leddet, plasticiteten og sejheden af ​​den svejste samling forbedres, og den svejsede samlings omfattende mekaniske egenskaber forbedres.

Dehydrogeneringsbehandling er at holde varmen i en periode inden for opvarmningstemperaturområdet på 300 til 400 grader.Formålet er at fremskynde udslip af brint i den svejste samling, og effekten af ​​dehydrogeneringsbehandling er bedre end ved lav temperatur efteropvarmning.

Eftersvejsning og eftersvejsning varmebehandling, rettidig efteropvarmning og dehydrogeneringsbehandling efter svejsning er en af ​​de effektive foranstaltninger til at forhindre kolde revner i svejsning.Brint-inducerede revner forårsaget af akkumulering af brint i multi-pass og flerlags svejsning af tykke plader bør behandles med 2 til 3 mellemliggende brintfjernelsesbehandlinger.

Overvejelse af varmebehandling i trykbeholderdesign

Overvejelse af varmebehandling i trykbeholderdesign Varmebehandling, som en traditionel og effektiv metode til at forbedre og genoprette metalegenskaber, har altid været et relativt svagt led i design og fremstilling af trykbeholdere.

Trykbeholdere involverer fire typer varmebehandlinger:

Varmebehandling efter svejsning (afspændingsvarmebehandling);varmebehandling for at forbedre materialeegenskaber;varmebehandling for at genoprette materialeegenskaber;behandling efter svejsning af hydrogeneliminering.Fokus her er at diskutere problemstillinger relateret til varmebehandling efter svejsning, som er meget brugt i design af trykbeholdere.

1. Har den austenitiske trykbeholder i rustfrit stål brug for varmebehandling efter svejsning?Varmebehandlingen efter svejsningen er at bruge reduktionen af ​​metalmaterialets flydegrænse ved høj temperatur til at generere plastisk flow på det sted, hvor spændingen er høj, for at opnå formålet med at eliminere restspænding ved svejsning, og ved samme tid kan forbedre plasticiteten og sejheden af ​​svejsede samlinger og varmepåvirket zone og forbedre evnen til at modstå spændingskorrosion.Denne afspændingsmetode bruges i vid udstrækning i trykbeholdere i kulstofstål, lavlegeret stål med kropscentreret kubisk krystalstruktur.

Krystalstrukturen af ​​austenitisk rustfrit stål er ansigtscentreret kubisk.Da metalmaterialet i den ansigtscentrerede kubiske krystalstruktur har flere glideplaner end den kropscentrerede kubiske, udviser det gode sejhed og belastningsforstærkende egenskaber.

Derudover vælges rustfrit stål i design af trykbeholdere ofte til de to formål, anti-korrosion og opfyldelse af de særlige krav til temperatur.Derudover er rustfrit stål dyrt sammenlignet med kulstofstål og lavlegeret stål, så dets vægtykkelse vil ikke være særlig høj.tyk.

I betragtning af sikkerheden ved normal drift er der derfor ikke behov for varmebehandlingskrav efter svejsning for austenitiske trykbeholdere af rustfrit stål.

Hvad angår korrosion på grund af brug, er materialeustabilitet, såsom forringelse forårsaget af unormale driftsforhold, såsom træthed, stødbelastning osv., vanskelig at overveje i konventionelt design.Hvis disse situationer eksisterer, skal relevant videnskabeligt og teknisk personale (såsom: design, brug, videnskabelig forskning og andre relevante enheder) udføre dybdegående forskning, sammenlignende eksperimenter og komme med en gennemførlig varmebehandlingsplan for at sikre, at den omfattende trykbeholderens serviceydelse påvirkes ikke.

Ellers, hvis behovet og muligheden for varmebehandling af austenitiske trykbeholdere af rustfrit stål ikke er fuldt ud overvejet, er det ofte umuligt blot at stille varmebehandlingskrav til austenitisk rustfrit stål analogt med kulstofstål og lavlegeret stål.

I den nuværende standard er kravene til varmebehandling efter svejsning af austenitiske trykbeholdere af rustfrit stål ret vage.Det er fastsat i GB150: "Medmindre andet er angivet på tegningerne, må koldformede austenitiske rustfrie stålhoveder ikke varmebehandles".

Med hensyn til om varmebehandling udføres i andre tilfælde, kan det variere alt efter forståelsen af ​​forskellige mennesker.Det er fastsat i GB150, at beholderen og dens trykkomponenter opfylder en af ​​følgende betingelser og skal varmebehandles.Det andet og tredje punkt er: "Beholdere med spændingskorrosion, såsom beholdere indeholdende flydende petroleumsgas, flydende ammoniak osv."og "Beholdere indeholdende ekstremt eller meget giftige medier".

Det er kun fastsat heri: "Medmindre andet er angivet på tegningerne, må de svejste samlinger af austenitisk rustfrit stål ikke varmebehandles".

Ud fra standardudtryksniveauet skal dette krav forstås som hovedsageligt for de forskellige situationer, der er anført i første punkt.Ovennævnte anden og tredje situation er ikke nødvendigvis inkluderet.

På denne måde kan kravene til eftersvejsningsvarmebehandling af austenitiske trykbeholdere i rustfrit stål udtrykkes mere dækkende og præcist, så designere kan beslutte, om og hvordan der skal varmebehandles for austenitiske trykbeholdere i rustfrit stål efter den aktuelle situation.

Artikel 74 i den 99. udgave af "Capacity Regulations" siger klart: "Austenitiske trykbeholdere af rustfrit stål eller ikke-jernholdigt metal kræver generelt ikke varmebehandling efter svejsning.Hvis varmebehandling er påkrævet til særlige krav, skal det angives på tegningen.”

2. Varmebehandling af eksplosive rustfrit stålbeklædte stålpladebeholdere Eksplosive rustfrit stålbeklædte stålplader er mere og mere udbredt i trykbeholderindustrien på grund af deres fremragende korrosionsbestandighed, perfekte kombination af mekanisk styrke og rimelige omkostninger.Problemer med varmebehandling bør også gøres opmærksom på trykbeholderdesignere.

Det tekniske indeks, som designere af trykbeholdere normalt lægger vægt på for kompositpaneler, er dets vedhæftningshastighed, mens varmebehandlingen af ​​kompositpaneler ofte anses for meget lidt eller bør overvejes af relevante tekniske standarder og producenter.Processen med at sprænge metalkompositpaneler er i det væsentlige processen med at påføre energi til metaloverfladen.

Under påvirkning af højhastighedsimpuls kolliderer kompositmaterialet med basismaterialet skråt, og i tilstanden af ​​metalstråle dannes en zigzag-kompositgrænseflade mellem det beklædte metal og basismetallet for at opnå bindingen mellem atomer.

Uædle metallet efter eksplosionsbearbejdning udsættes faktisk for en belastningsforstærkende proces.

Som et resultat heraf øges trækstyrken σb, plasticitetsindekset falder, og flydespændingsværdien σs er ikke indlysende.Uanset om det er Q235-serien stål eller 16MnR, efter eksplosionsbearbejdning og derefter test af dets mekaniske egenskaber, viser alle ovenstående belastningsforstærkende fænomen.I denne henseende kræver både den beklædte plade af titanium-stål og den beklædte plade af nikkelstål, at den beklædte plade udsættes for spændingsaflastende varmebehandling efter eksplosiv blanding.

Den 99. udgave af "kapacitetsmåleren" har også klare regler herom, men der er ikke lavet sådanne regler for den eksplosive komposit austenitiske rustfri stålplade.

I de nuværende relevante tekniske standarder er spørgsmålet om, hvorvidt og hvordan man skal varmebehandle den austenitiske rustfri stålplade efter eksplosionsbearbejdning, relativt vagt.

GB8165-87 "Stainless Steel Clad Steel Plate" foreskriver: "I henhold til aftalen mellem leverandøren og køberen kan den også leveres i varmvalset tilstand eller varmebehandlet tilstand."Leveres til nivellering, trimning eller skæring.På forespørgsel kan kompositoverfladen bejdses, passiveres eller poleres og kan også leveres i varmebehandlet tilstand.”

Der er ingen omtale af, hvordan varmebehandlingen udføres.Hovedårsagen til denne situation er stadig det førnævnte problem med sensibiliserede områder, hvor austenitisk rustfrit stål producerer intergranulær korrosion.

GB8547-87 "Titanium-stål beklædt plade" foreskriver, at varmebehandlingssystemet til stressaflastende varmebehandling af titanium-stål beklædt plade er: 540 ℃ ± 25 ℃, varmekonservering i 3 timer.Og denne temperatur er kun i sensibiliseringstemperaturområdet for austenitisk rustfrit stål (400℃–850℃).

Derfor er det vanskeligt at give klare regler for varmebehandling af eksplosive komposit austenitiske rustfri stålplader.I denne forbindelse skal vores trykbeholderdesignere have en klar forståelse, være tilstrækkelig opmærksom og træffe tilsvarende foranstaltninger.

Først og fremmest bør 1Cr18Ni9Ti ikke bruges til beklædt rustfrit stål, fordi sammenlignet med kulstoffattigt austenitisk rustfrit stål 0Cr18Ni9 er dets kulstofindhold højere, sensibilisering er mere sandsynligt, og dets modstandsdygtighed over for intergranulær korrosion er reduceret.

Når trykbeholderens kappe og hoved lavet af eksplosiv komposit austenitisk rustfri stålplade anvendes under barske forhold, såsom: højt tryk, tryksvingninger og ekstremt og meget farlige medier, bør 00Cr17Ni14Mo2 desuden anvendes.Austenitisk rustfrit stål med ultralavt kulstofindhold minimerer muligheden for sensibilisering.

Varmebehandlingskravene til kompositplader bør være klart fremsat, og varmebehandlingssystemet bør fastlægges i samråd med relevante parter for at opnå formålet, at grundmaterialet har en vis mængde plastikreserve, og kompositmaterialet har nødvendig korrosionsbestandighed.

3. Kan andre metoder bruges til at erstatte den samlede varmebehandling af udstyret?På grund af begrænsningerne i producentens betingelser og hensynet til økonomiske interesser har mange mennesker udforsket andre metoder til at erstatte den samlede varmebehandling af trykbeholdere.Selvom disse udforskninger er gavnlige og værdifulde, men på nuværende tidspunkt er det heller ikke en erstatning for den samlede varmebehandling af trykbeholdere.

Kravene til integreret varmebehandling er ikke blevet lempet i gældende standarder og procedurer.Blandt de forskellige alternativer til den samlede varmebehandling er de mere typiske: lokal varmebehandling, hamringsmetode for at eliminere svejserestspænding, eksplosionsmetode for at eliminere svejserestspænding og vibrationsmetode, varmtvandsbadmetode osv.

Delvis varmebehandling: Det er fastsat i 10.4.5.3 i GB150-1998 "Ståltrykbeholdere": "B, C, D svejsede samlinger, A type svejsede samlinger, der forbinder det sfæriske hoved og cylinderen og defekte svejsereparationsdele er tilladt at bruge delvis varmebehandling.Varmebehandlingsmetode."Denne regulering betyder, at den lokale varmebehandlingsmetode ikke er tilladt for klasse A svejsningen på cylinderen, det vil sige: hele udstyret må ikke bruge den lokale varmebehandlingsmetode, en af ​​grundene er, at svejserens restspænding ikke kan elimineres symmetrisk.

Hammermetoden eliminerer restspænding ved svejsning: det vil sige, ved manuel hamring, bliver en lamineringsspænding overlejret på overfladen af ​​den svejste samling, hvorved den negative virkning af resterende trækspænding delvist udlignes.

I princippet har denne metode en vis hæmmende effekt på at forhindre spændingskorrosionsrevner.

Men fordi der ikke er kvantitative indikatorer og strengere driftsprocedurer i den praktiske driftproces, og verifikationsarbejdet til sammenligning og brug ikke er nok, er det ikke blevet overtaget af den nuværende standard.

Eksplosionsmetode til at eliminere restspænding ved svejsning: Sprængstoffet er specielt lavet til en tapeform, og udstyrets indervæg sidder fast på overfladen af ​​den svejste samling.Mekanismen er den samme som ved hammermetoden for at eliminere resterende svejsespænding.

Det siges, at denne metode kan kompensere for nogle af manglerne ved hamringsmetoden for at eliminere restspænding ved svejsning.Nogle enheder har dog brugt den overordnede varmebehandling og eksplosionsmetoden til at eliminere restbelastning af svejsning på to LPG-lagertanke med samme betingelser.År senere fandt tankåbningsinspektionen, at førstnævntes svejsede samlinger var intakte, mens lagertankens svejsede samlinger, hvis resterende spænding blev elimineret ved eksplosionsmetoden, viste mange revner.På denne måde er den engang så populære eksplosionsmetode til at eliminere svejserestspænding tavs.

Der findes andre metoder til svejsning af restspændingsaflastning, som af forskellige årsager ikke er blevet accepteret af trykbeholderindustrien.Kort sagt, den samlede varmebehandling efter svejsning af trykbeholdere (inklusive undervarmebehandling i ovnen) har ulemperne ved højt energiforbrug og lang cyklustid, og den står over for forskellige vanskeligheder i den faktiske drift på grund af faktorer som f.eks. strukturen af ​​trykbeholderen, men det er stadig den nuværende trykbeholderindustri.Den eneste metode til at eliminere svejserestspænding, der er acceptabel i alle henseender.