Das Schweißen wichtiger Komponenten, das Schweißen von legiertem Stahl und das Schweißen dicker Teile erfordern alle ein Vorwärmen vor dem Schweißen.Die Hauptfunktionen des Vorwärmens vor dem Schweißen sind folgende:
(1) Durch das Vorwärmen kann die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schweißen verlangsamt werden, was das Entweichen von diffundierbarem Wasserstoff im Schweißgut begünstigt und wasserstoffinduzierte Risse vermeidet.Gleichzeitig wird der Härtegrad der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone verringert und die Rissbeständigkeit der Schweißverbindung verbessert.
(2) Vorwärmen kann die Schweißspannung reduzieren.Durch eine gleichmäßige lokale Vorwärmung oder Gesamtvorwärmung kann der Temperaturunterschied (auch Temperaturgradient genannt) zwischen den zu schweißenden Werkstücken im Schweißbereich verringert werden.Auf diese Weise wird einerseits die Schweißspannung reduziert und andererseits die Schweißdehnungsrate reduziert, was der Vermeidung von Schweißrissen zugute kommt.
(3) Vorwärmen kann die Festigkeit der Schweißkonstruktion, insbesondere die Festigkeit der Kehlnaht, verringern.Mit zunehmender Vorwärmtemperatur nimmt die Rissbildung ab.
Die Wahl der Vorwärmtemperatur und der Zwischenlagentemperatur hängt nicht nur von der chemischen Zusammensetzung des Stahls und der Elektrode ab, sondern auch von der Steifigkeit der Schweißkonstruktion, der Schweißmethode, der Umgebungstemperatur usw., die nach umfassender Berücksichtigung dieser Faktoren ermittelt werden sollten Faktoren.
Darüber hinaus haben die Gleichmäßigkeit der Vorwärmtemperatur in Dickenrichtung des Stahlblechs und die Gleichmäßigkeit in der Schweißzone einen wichtigen Einfluss auf die Reduzierung der Schweißspannung.Die Breite der lokalen Vorwärmung sollte entsprechend der Einspannung des zu schweißenden Werkstücks bestimmt werden.Im Allgemeinen sollte sie das Dreifache der Wandstärke um den Schweißbereich betragen und 150–200 mm nicht unterschreiten.Wenn die Vorwärmung nicht gleichmäßig ist, wird die Schweißspannung nicht verringert, sondern erhöht.
Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen dient drei Zwecken: Beseitigung von Wasserstoff, Beseitigung von Schweißspannungen, Verbesserung der Schweißstruktur und der Gesamtleistung.
Die Dehydrierungsbehandlung nach dem Schweißen bezieht sich auf die Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur, die durchgeführt wird, nachdem das Schweißen abgeschlossen ist und die Schweißnaht nicht unter 100 °C abgekühlt ist.Die allgemeine Spezifikation besteht darin, auf 200–350 °C zu erhitzen und 2–6 Stunden lang beizubehalten.Die Hauptfunktion der Wasserstoffentfernungsbehandlung nach dem Schweißen besteht darin, das Entweichen von Wasserstoff in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone zu beschleunigen, was äußerst wirksam bei der Vermeidung von Schweißrissen beim Schweißen von niedriglegierten Stählen ist.
Während des Schweißprozesses kommt es nach Abschluss der Schweißarbeiten aufgrund der Ungleichmäßigkeit von Erwärmung und Abkühlung sowie der Einspannung oder äußeren Einspannung des Bauteils selbst immer zu Schweißspannungen im Bauteil.Das Vorhandensein von Schweißspannungen im Bauteil verringert die tatsächliche Tragfähigkeit des Schweißverbindungsbereichs, verursacht plastische Verformungen und führt in schweren Fällen sogar zur Beschädigung des Bauteils.
Bei der Spannungsabbau-Wärmebehandlung soll die Streckgrenze des geschweißten Werkstücks bei hoher Temperatur verringert werden, um den Zweck der Entspannung der Schweißspannung zu erreichen.Es gibt zwei gebräuchliche Methoden: Die eine ist das Gesamthochtemperatur-Tempern, d im Ofen.
Auf diese Weise können 80–90 % der Schweißspannungen eliminiert werden.Eine andere Methode ist das lokale Hochtemperaturanlassen, d. h. nur die Schweißnaht und ihre Umgebung werden erhitzt und dann langsam abgekühlt, wodurch der Spitzenwert der Schweißspannung verringert wird, die Spannungsverteilung relativ flach wird und die Schweißspannung teilweise beseitigt wird.
Nach dem Schweißen einiger legierter Stahlmaterialien erscheint an ihren Schweißverbindungen eine verhärtete Struktur, die die mechanischen Eigenschaften des Materials verschlechtert.Darüber hinaus kann dieses verhärtete Gefüge unter Einwirkung von Schweißspannung und Wasserstoff zur Zerstörung der Verbindung führen.Nach der Wärmebehandlung wird die metallografische Struktur der Verbindung verbessert, die Plastizität und Zähigkeit der Schweißverbindung verbessert und die umfassenden mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung verbessert.
Bei der Dehydrierungsbehandlung wird die Wärme über einen Zeitraum im Heiztemperaturbereich von 300 bis 400 Grad gehalten.Der Zweck besteht darin, das Entweichen von Wasserstoff in der Schweißverbindung zu beschleunigen, und die Wirkung der Dehydrierungsbehandlung ist besser als die der Nacherwärmung bei niedriger Temperatur.
Nachschweißen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen, rechtzeitige Nachwärmung und Dehydrierungsbehandlung nach dem Schweißen sind eine der wirksamen Maßnahmen zur Vermeidung von Kaltrissen beim Schweißen.Durch Wasserstoff verursachte Risse, die durch die Ansammlung von Wasserstoff beim Mehrlagen- und Mehrlagenschweißen dicker Bleche verursacht werden, sollten mit zwei bis drei Zwischenbehandlungen zur Wasserstoffentfernung behandelt werden.
Berücksichtigung der Wärmebehandlung bei der Konstruktion von Druckbehältern
Berücksichtigung der Wärmebehandlung bei der Konstruktion von Druckbehältern Die Wärmebehandlung als traditionelle und wirksame Methode zur Verbesserung und Wiederherstellung von Metalleigenschaften war schon immer ein relativ schwaches Glied bei der Konstruktion und Herstellung von Druckbehältern.
Bei Druckbehältern gibt es vier Arten von Wärmebehandlungen:
Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Spannungsarmglühen);Wärmebehandlung zur Verbesserung der Materialeigenschaften;Wärmebehandlung zur Wiederherstellung der Materialeigenschaften;Behandlung zur Wasserstoffeliminierung nach dem Schweißen.Der Schwerpunkt liegt hier auf der Diskussion von Fragen im Zusammenhang mit der Wärmebehandlung nach dem Schweißen, die bei der Konstruktion von Druckbehältern weit verbreitet ist.
1. Muss der Druckbehälter aus austenitischem Edelstahl nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung unterzogen werden?Bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen wird die Streckgrenze des Metallmaterials bei hoher Temperatur verringert, um an der Stelle, an der die Spannung hoch ist, ein plastisches Fließen zu erzeugen, um den Zweck der Beseitigung der Schweißeigenspannung zu erreichen Gleichzeitig kann die Plastizität und Zähigkeit von Schweißverbindungen und der Wärmeeinflusszone verbessert und die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion verbessert werden.Diese Entspannungsmethode wird häufig in Druckbehältern aus Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl mit kubisch-raumzentrierter Kristallstruktur eingesetzt.
Die Kristallstruktur von austenitischem Edelstahl ist kubisch-flächenzentriert.Da das Metallmaterial der kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur mehr Gleitebenen als die kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur aufweist, weist es gute Zähigkeits- und Dehnungsverstärkungseigenschaften auf.
Darüber hinaus wird bei der Konstruktion von Druckbehältern häufig Edelstahl aus den beiden Gründen Korrosionsschutz und Erfüllung der besonderen Temperaturanforderungen ausgewählt.Darüber hinaus ist Edelstahl im Vergleich zu Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl teuer, sodass seine Wandstärke nicht sehr hoch ist.dick.
Unter Berücksichtigung der Sicherheit des Normalbetriebs besteht daher keine Notwendigkeit für Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen für Druckbehälter aus austenitischem Edelstahl.
Was gebrauchsbedingte Korrosion anbelangt, so lässt sich eine Materialinstabilität, wie z. B. eine Verschlechterung durch anormale Betriebsbedingungen wie Ermüdung, Stoßbelastung usw., bei herkömmlichen Konstruktionen nur schwer berücksichtigen.Wenn diese Situationen vorliegen, müssen relevante wissenschaftliche und technische Mitarbeiter (z. B. Design, Verwendung, wissenschaftliche Forschung und andere relevante Einheiten) eingehende Untersuchungen und Vergleichsexperimente durchführen und einen praktikablen Wärmebehandlungsplan ausarbeiten, um sicherzustellen, dass dies umfassend ist Die Betriebsleistung des Druckbehälters wird dadurch nicht beeinträchtigt.
Andernfalls, wenn die Notwendigkeit und Möglichkeit einer Wärmebehandlung für Druckbehälter aus austenitischem Edelstahl nicht vollständig berücksichtigt werden, ist es oft nicht möglich, einfach Wärmebehandlungsanforderungen für austenitischen Edelstahl in Analogie zu Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl festzulegen.
In der aktuellen Norm sind die Anforderungen an die Wärmebehandlung von Druckbehältern aus austenitischem Edelstahl nach dem Schweißen eher vage.In GB150 ist festgelegt: „Sofern in den Zeichnungen nicht anders angegeben, dürfen kaltgeformte Köpfe aus austenitischem Edelstahl nicht wärmebehandelt werden.“
Ob in anderen Fällen eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, kann je nach Verständnis verschiedener Personen unterschiedlich sein.In GB150 ist festgelegt, dass der Behälter und seine Druckkomponenten eine der folgenden Bedingungen erfüllen und wärmebehandelt werden sollten.Der zweite und dritte Punkt lauten: „Behälter mit Spannungskorrosion, wie z. B. Behälter, die Flüssiggas, flüssiges Ammoniak usw. enthalten.“und „Behälter, die extrem oder hochgiftige Medien enthalten“.
Darin heißt es lediglich: „Sofern in den Zeichnungen nichts anderes angegeben ist, dürfen die Schweißverbindungen aus austenitischem Edelstahl nicht wärmebehandelt werden.“
Auf der Ebene des Standardausdrucks sollte diese Anforderung hauptsächlich für die verschiedenen im ersten Punkt aufgeführten Situationen verstanden werden.Die oben genannten zweiten und dritten Situationen müssen nicht unbedingt enthalten sein.
Auf diese Weise können die Anforderungen an die Wärmebehandlung von Druckbehältern aus austenitischem Edelstahl nach dem Schweißen umfassender und genauer ausgedrückt werden, sodass Konstrukteure entsprechend der tatsächlichen Situation entscheiden können, ob und wie eine Wärmebehandlung für Druckbehälter aus austenitischem Edelstahl durchgeführt werden soll.
In Artikel 74 der 99. Ausgabe der „Kapazitätsvorschriften“ heißt es eindeutig: „Druckbehälter aus austenitischem Edelstahl oder Nichteisenmetall erfordern im Allgemeinen keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen.“Wenn für besondere Anforderungen eine Wärmebehandlung erforderlich ist, sollte dies in der Zeichnung angegeben werden.“
2. Wärmebehandlung von mit explosivem Edelstahl verkleideten Stahlblechbehältern. Mit explosivem Edelstahl verkleidete Stahlplatten werden in der Druckbehälterindustrie aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, der perfekten Kombination aus mechanischer Festigkeit und einem angemessenen Preis-Leistungs-Verhältnis immer häufiger eingesetzt.Auch Fragen der Wärmebehandlung sollten den Konstrukteuren von Druckbehältern zur Kenntnis gebracht werden.
Der technische Index, auf den Druckbehälterkonstrukteure bei Verbundplatten üblicherweise Wert legen, ist die Bindungsrate, während die Wärmebehandlung von Verbundplatten oft als sehr gering angesehen wird oder von einschlägigen technischen Normen und Herstellern berücksichtigt werden sollte.Beim Strahlen von Metallverbundplatten wird im Wesentlichen Energie auf die Metalloberfläche aufgebracht.
Unter der Wirkung eines Hochgeschwindigkeitsimpulses kollidiert das Verbundmaterial schräg mit dem Grundmaterial, und im Zustand des Metallstrahls wird eine Zickzack-Verbundgrenzfläche zwischen dem plattierten Metall und dem Grundmetall gebildet, um die Bindung zwischen Atomen zu erreichen.
Das Grundmetall wird nach der Explosionsbearbeitung tatsächlich einem Spannungsverfestigungsprozess unterzogen.
Infolgedessen steigt die Zugfestigkeit σb, der Plastizitätsindex nimmt ab und der Streckgrenzenwert σs ist nicht offensichtlich.Ob es sich um Stahl der Serie Q235 oder 16MnR handelt, nach der Explosionsverarbeitung und anschließenden Prüfung seiner mechanischen Eigenschaften zeigen alle das oben genannte Dehnungsverstärkungsphänomen.In dieser Hinsicht erfordern sowohl die mit Titanstahl plattierte Platte als auch die mit Nickelstahl plattierte Platte, dass die plattierte Platte nach dem Explosionscompoundieren einer Spannungsabbau-Wärmebehandlung unterzogen wird.
Auch die 99. Ausgabe des „Kapazitätsmessers“ enthält hierzu klare Regelungen, für die explosive austenitische Verbundplatte aus rostfreiem Stahl gibt es jedoch keine derartigen Regelungen.
In den aktuell relevanten technischen Normen ist die Frage, ob und wie die austenitische Edelstahlplatte nach der Explosionsbearbeitung wärmebehandelt werden soll, relativ vage.
GB8165-87 „Stainless Steel Clad Steel Plate“ schreibt vor: „Je nach Vereinbarung zwischen Lieferant und Käufer kann es auch im warmgewalzten oder wärmebehandelten Zustand geliefert werden.“Wird zum Nivellieren, Trimmen oder Schneiden geliefert.Auf Wunsch kann die Verbundoberfläche gebeizt, passiviert oder poliert werden und auch im wärmebehandelten Zustand geliefert werden.“
Es wird nicht erwähnt, wie die Wärmebehandlung durchgeführt wird.Der Hauptgrund für diese Situation ist immer noch das oben erwähnte Problem der sensibilisierten Bereiche, in denen austenitischer Edelstahl interkristalline Korrosion verursacht.
GB8547-87 „Titan-Stahl-plattierte Platte“ legt fest, dass das Wärmebehandlungssystem für die Spannungsabbau-Wärmebehandlung von Titan-Stahl-plattierten Platten wie folgt lautet: 540 ℃ ± 25 ℃, Wärmekonservierung für 3 Stunden.Und diese Temperatur liegt gerade im Sensibilisierungstemperaturbereich von austenitischem Edelstahl (400℃–850℃).
Daher ist es schwierig, klare Vorschriften für die Wärmebehandlung explosionsfähiger austenitischer Verbundbleche aus rostfreiem Stahl zu geben.Diesbezüglich müssen unsere Druckbehälterkonstrukteure ein klares Verständnis haben, ausreichend Aufmerksamkeit schenken und entsprechende Maßnahmen ergreifen.
Erstens sollte 1Cr18Ni9Ti nicht für plattierten Edelstahl verwendet werden, da sein Kohlenstoffgehalt im Vergleich zum kohlenstoffarmen austenitischen Edelstahl 0Cr18Ni9 höher ist, eine Sensibilisierung wahrscheinlicher ist und seine Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion verringert ist.
Darüber hinaus sollte 00Cr17Ni14Mo2 verwendet werden, wenn das Gehäuse und der Kopf des Druckbehälters aus explosivem austenitischem Edelstahlverbundblech unter rauen Bedingungen verwendet werden, wie z. B. bei hohem Druck, Druckschwankungen und extrem gefährlichen Medien.Austenitische Edelstähle mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt minimieren die Möglichkeit einer Sensibilisierung.
Die Wärmebehandlungsanforderungen für Verbundplatten sollten klar dargelegt werden und das Wärmebehandlungssystem sollte in Absprache mit den relevanten Parteien festgelegt werden, um den Zweck zu erreichen, dass das Grundmaterial über eine bestimmte Menge an Kunststoffreserven verfügt und das Verbundmaterial über eine bestimmte Menge an Kunststoffreserven verfügt erforderliche Korrosionsbeständigkeit.
3. Können andere Methoden verwendet werden, um die gesamte Wärmebehandlung der Ausrüstung zu ersetzen?Aufgrund der Einschränkungen der Herstellerbedingungen und der Berücksichtigung wirtschaftlicher Interessen haben viele Menschen nach anderen Methoden gesucht, um die gesamte Wärmebehandlung von Druckbehältern zu ersetzen.Obwohl diese Untersuchungen sinnvoll und wertvoll sind, sind sie derzeit auch kein Ersatz für die gesamte Wärmebehandlung von Druckbehältern.
Die Anforderungen an die integrale Wärmebehandlung wurden in den derzeit gültigen Normen und Verfahren nicht gelockert.Unter den verschiedenen Alternativen zur Gesamtwärmebehandlung sind die typischsten: lokale Wärmebehandlung, Hämmerverfahren zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen, Explosionsverfahren zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen und Vibrationsverfahren, Heißwasserbadverfahren usw.
Teilweise Wärmebehandlung: In 10.4.5.3 von GB150-1998 „Stahldruckbehälter“ ist festgelegt: „Schweißverbindungen vom Typ B, C, D, Schweißverbindungen vom Typ A, die den Kugelkopf und den Zylinder verbinden, und defekte Schweißreparaturteile dürfen verwendet werden.“ teilweise Wärmebehandlung.Wärmebehandlungsmethode.“Diese Regelung bedeutet, dass die lokale Wärmebehandlungsmethode für die Schweißnaht der Klasse A am Zylinder nicht zulässig ist, d symmetrisch eliminiert.
Durch das Hämmerverfahren werden Schweißeigenspannungen eliminiert: Durch manuelles Hämmern wird der Oberfläche der Schweißverbindung eine Laminierungsspannung überlagert, wodurch die nachteilige Wirkung der Eigenzugspannung teilweise ausgeglichen wird.
Prinzipiell hat dieses Verfahren eine gewisse hemmende Wirkung auf die Verhinderung von Spannungsrisskorrosion.
Da es im praktischen Betriebsprozess jedoch keine quantitativen Indikatoren und strengeren Betriebsabläufe gibt und die Überprüfungsarbeit zum Vergleich und zur Verwendung nicht ausreicht, wurde sie nicht in die aktuelle Norm übernommen.
Explosionsmethode zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen: Der Sprengstoff wird speziell in Bandform hergestellt und die Innenwand des Geräts wird auf die Oberfläche der Schweißverbindung geklebt.Der Mechanismus ist der gleiche wie bei der Hammermethode, um Schweißeigenspannungen zu beseitigen.
Es wird gesagt, dass diese Methode einige der Nachteile der Hämmermethode zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen ausgleichen kann.Einige Einheiten haben jedoch die Gesamtwärmebehandlung und die Explosionsmethode eingesetzt, um Schweißeigenspannungen an zwei LPG-Lagertanks unter gleichen Bedingungen zu beseitigen.Jahre später stellte die Inspektion der Tanköffnung fest, dass die Schweißverbindungen des ersteren intakt waren, während die Schweißverbindungen des Lagertanks, dessen Restspannung durch die Explosionsmethode beseitigt wurde, viele Risse aufwiesen.Auf diese Weise ist die einst beliebte Explosionsmethode zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen geräuschlos.
Es gibt andere Methoden zum Schweißen von Eigenspannungen, die aus verschiedenen Gründen von der Druckbehälterindustrie nicht akzeptiert wurden.Kurz gesagt, die gesamte Wärmebehandlung von Druckbehältern nach dem Schweißen (einschließlich der Unterwärmebehandlung im Ofen) hat die Nachteile eines hohen Energieverbrauchs und einer langen Zykluszeit und ist im tatsächlichen Betrieb mit verschiedenen Schwierigkeiten aufgrund von Faktoren wie … konfrontiert Struktur des Druckbehälters, aber es ist immer noch die aktuelle Druckbehälterindustrie.Die einzige Methode zur Beseitigung von Schweißeigenspannungen, die in jeder Hinsicht akzeptabel ist.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Juli 2022