بررسی عملیات حرارتی در طراحی مخازن تحت فشار

جوشکاری اجزای مهم، جوشکاری فولاد آلیاژی و جوشکاری قطعات ضخیم همگی نیاز به پیش گرم کردن قبل از جوشکاری دارند.وظایف اصلی پیش گرم کردن قبل از جوشکاری به شرح زیر است:

(1) پیش گرم کردن می تواند سرعت خنک شدن را پس از جوشکاری کاهش دهد، که منجر به فرار هیدروژن قابل انتشار در فلز جوش می شود و از ترک های ناشی از هیدروژن جلوگیری می کند.در عین حال، درجه سخت شدن جوش و ناحیه متاثر از حرارت کاهش می یابد و مقاومت در برابر ترک اتصال جوش داده شده بهبود می یابد.

(2) پیش گرم کردن می تواند استرس جوشکاری را کاهش دهد.پیش گرمایش موضعی یکنواخت یا پیش گرمایش کلی می تواند اختلاف دما (که به عنوان گرادیان دما نیز شناخته می شود) بین قطعات کار جوش داده شده در ناحیه جوش را کاهش دهد.به این ترتیب از یک طرف تنش جوش کاهش می یابد و از طرف دیگر سرعت کرنش جوش کاهش می یابد که برای جلوگیری از ترک های جوشکاری مفید است.

(3) پیش گرم کردن می تواند مهار ساختار جوش داده شده، به ویژه مهار اتصال فیله را کاهش دهد.با افزایش دمای پیش گرمایش، بروز ترک کاهش می یابد.

انتخاب دمای پیش گرمایش و دمای بین پاسی تنها به ترکیب شیمیایی فولاد و الکترود مربوط نمی شود، بلکه به سختی سازه جوش داده شده، روش جوشکاری، دمای محیط و غیره نیز مربوط می شود که باید پس از بررسی همه جانبه این موارد تعیین شود. عوامل.

علاوه بر این، یکنواختی دمای پیش گرمایش در جهت ضخامت ورق فولادی و یکنواختی در ناحیه جوش تأثیر مهمی در کاهش تنش جوش دارد.عرض پیش گرمایش موضعی باید با توجه به مهار قطعه کار برای جوشکاری تعیین شود.به طور کلی، باید سه برابر ضخامت دیواره در اطراف ناحیه جوش باشد و نباید کمتر از 150-200 میلی متر باشد.اگر پیش گرمایش یکنواخت نباشد، به جای کاهش تنش جوش، تنش جوش را افزایش می دهد.

سه هدف از عملیات حرارتی پس از جوش وجود دارد: حذف هیدروژن، حذف تنش جوشکاری، بهبود ساختار جوش و عملکرد کلی.

عملیات هیدروژن زدایی پس از جوش به عملیات حرارتی در دمای پایین اطلاق می شود که پس از اتمام جوشکاری و سرد نشدن جوش تا دمای زیر 100 درجه سانتی گراد انجام می شود.مشخصات کلی این است که تا 200 ~ 350 ℃ گرم کنید و آن را برای 2-6 ساعت نگه دارید.عملکرد اصلی عملیات حذف هیدروژن پس از جوش، تسریع خروج هیدروژن در ناحیه جوش و گرما است که در جلوگیری از ترک های جوشکاری در حین جوشکاری فولادهای کم آلیاژ بسیار موثر است.

در طول فرآیند جوشکاری به دلیل عدم یکنواختی گرمایش و سرمایش و مهار یا مهار خارجی خود قطعه، پس از اتمام کار جوشکاری همواره تنش جوش در قطعه ایجاد خواهد شد.وجود تنش جوش در قطعه باعث کاهش ظرفیت باربری واقعی ناحیه اتصال جوش شده، تغییر شکل پلاستیک و حتی در موارد شدید آسیب به قطعه می شود.

عملیات حرارتی کاهش تنش برای کاهش استحکام تسلیم قطعه کار جوش داده شده در دمای بالا برای دستیابی به هدف کاهش تنش جوش است.دو روش متداول وجود دارد: یکی تلطیف کلی در دمای بالا، یعنی کل جوش را در کوره گرمایش قرار می دهند، به آرامی تا دمای معینی گرم می کنند، سپس برای مدتی نگه می دارند و در نهایت در هوا یا سرد می شوند. در کوره

به این ترتیب می توان 80-90 درصد تنش جوشکاری را از بین برد.روش دیگر تهویه موضعی در دمای بالا است، یعنی فقط جوش و ناحیه اطراف آن را گرم می کنند و سپس به آرامی خنک می کنند، مقدار پیک تنش جوش را کاهش می دهند، توزیع تنش را نسبتاً مسطح می کنند و تا حدی تنش جوش را حذف می کنند.

پس از جوشکاری برخی از مواد فولادی آلیاژی، اتصالات جوش داده شده آنها ساختار سخت شده ظاهر می شود که خواص مکانیکی مواد را بدتر می کند.علاوه بر این، این ساختار سخت شده ممکن است منجر به تخریب اتصال تحت اثر تنش جوشکاری و هیدروژن شود.پس از عملیات حرارتی، ساختار متالوگرافی اتصال بهبود می یابد، انعطاف پذیری و چقرمگی اتصال جوش داده شده بهبود می یابد و خواص مکانیکی جامع اتصال جوش داده شده بهبود می یابد.

عملیات هیدروژن زدایی به این صورت است که برای مدتی در محدوده دمایی 300 تا 400 درجه گرم نگه داشته شود.هدف تسریع خروج هیدروژن در اتصال جوش داده شده است و اثر عملیات هیدروژن زدایی بهتر از دمای پایین پس از گرمایش است.

عملیات حرارتی پس از جوشکاری و پس از جوشکاری، عملیات به موقع پس از گرمایش و هیدروژن زدایی پس از جوشکاری یکی از اقدامات موثر برای جلوگیری از ایجاد ترک سرد در جوشکاری است.ترک های ناشی از هیدروژن ناشی از تجمع هیدروژن در جوشکاری چند پاسی و چند لایه صفحات ضخیم باید با 2 تا 3 تیمار حذف هیدروژن میانی درمان شوند.

بررسی عملیات حرارتی در طراحی مخازن تحت فشار

توجه به عملیات حرارتی در طراحی مخازن تحت فشار عملیات حرارتی به عنوان یک روش سنتی و موثر برای بهبود و بازیابی خواص فلزات، همواره حلقه نسبتا ضعیفی در طراحی و ساخت مخازن تحت فشار بوده است.

مخازن تحت فشار شامل چهار نوع عملیات حرارتی هستند:

عملیات حرارتی پس از جوش (عملیات حرارتی کاهش استرس)؛عملیات حرارتی برای بهبود خواص مواد؛عملیات حرارتی برای بازگرداندن خواص مواد؛عملیات حذف هیدروژن پس از جوشتمرکز در اینجا بحث در مورد مسائل مربوط به عملیات حرارتی پس از جوش است که به طور گسترده در طراحی مخازن تحت فشار استفاده می شود.

1. آیا مخزن فشار فولاد ضد زنگ آستنیتی نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش دارد؟عملیات حرارتی پس از جوش استفاده از کاهش حد تسلیم ماده فلزی در دمای بالا برای ایجاد جریان پلاستیک در محلی که تنش زیاد است، به منظور دستیابی به هدف حذف تنش پسماند جوشکاری و در در عین حال می تواند انعطاف پذیری و چقرمگی اتصالات جوش داده شده و منطقه تحت تأثیر حرارت را بهبود بخشد و توانایی مقاومت در برابر خوردگی استرس را بهبود بخشد.این روش کاهش تنش به طور گسترده در مخازن فشار فولاد کربنی، فولاد کم آلیاژ با ساختار کریستالی مکعبی بدنه استفاده می شود.

ساختار کریستالی فولاد زنگ نزن آستنیتی مکعبی وسط است.از آنجایی که مواد فلزی ساختار کریستالی مکعبی رو به مرکز دارای سطوح لغزش بیشتری نسبت به مکعب محور بدنه است، چقرمگی و خواص تقویت کرنش خوبی از خود نشان می دهد.

علاوه بر این، در طراحی مخازن تحت فشار، فولاد ضد زنگ اغلب برای دو هدف ضد خوردگی و برآوردن شرایط خاص دما انتخاب می شود.علاوه بر این، فولاد ضد زنگ در مقایسه با فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ گران است، بنابراین ضخامت دیواره آن خیلی زیاد نخواهد بود.ضخیم

بنابراین، با توجه به ایمنی عملکرد عادی، نیازی به الزامات عملیات حرارتی پس از جوش برای مخازن تحت فشار فولاد ضد زنگ آستنیتی وجود ندارد.

در مورد خوردگی ناشی از استفاده، ناپایداری مواد، مانند زوال ناشی از شرایط عملیاتی غیرعادی مانند خستگی، بار ضربه و غیره، در طراحی معمولی دشوار است.در صورت وجود این شرایط، پرسنل علمی و فنی مرتبط (مانند: طراحی، استفاده، تحقیقات علمی و سایر واحدهای مرتبط) باید تحقیقات عمیق، آزمایش‌های مقایسه‌ای انجام دهند و یک طرح عملیات حرارتی عملی ارائه دهند تا اطمینان حاصل شود که سیستم جامع عملکرد سرویس مخزن تحت فشار تحت تأثیر قرار نمی گیرد.

در غیر این صورت، اگر نیاز و امکان عملیات حرارتی برای مخازن تحت فشار فولاد زنگ نزن آستنیتی به طور کامل در نظر گرفته نشود، اغلب غیرممکن است که به سادگی شرایط عملیات حرارتی برای فولاد زنگ نزن آستنیتی را با قیاس با فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ ایجاد کنیم.

در استاندارد فعلی، الزامات عملیات حرارتی پس از جوش مخازن تحت فشار فولاد ضد زنگ آستنیتی نسبتا مبهم است.در GB150 آمده است: "مگر در مواردی که در نقشه ها مشخص شده باشد، سرهای فولاد زنگ نزن آستنیتی سرد را نمی توان عملیات حرارتی کرد".

در مورد اینکه آیا عملیات حرارتی در موارد دیگر انجام می شود، ممکن است با توجه به درک افراد مختلف متفاوت باشد.در GB150 قید شده است که ظرف و اجزای تحت فشار آن یکی از شرایط زیر را دارند و باید تحت عملیات حرارتی قرار گیرند.موارد دوم و سوم عبارتند از: ظروف دارای خوردگی تنشی مانند ظروف حاوی گاز مایع، آمونیاک مایع و غیره.و "ظروف حاوی محیط های بسیار سمی یا بسیار سمی".

فقط در آن تصریح شده است: "مگر در مواردی که در نقشه ها مشخص شده باشد، اتصالات جوشی فولاد زنگ نزن آستنیتی را نمی توان عملیات حرارتی کرد".

از سطح بیان استاندارد، این الزام باید عمدتاً برای موقعیت های مختلف ذکر شده در مورد اول درک شود.وضعیت دوم و سوم فوق الذکر ممکن است لزوماً شامل نشود.

به این ترتیب می توان الزامات عملیات حرارتی پس از جوش مخازن تحت فشار فولاد زنگ نزن آستنیتی را به طور جامع و دقیق تری بیان کرد تا طراحان با توجه به وضعیت واقعی تصمیم بگیرند که آیا و چگونه عملیات حرارتی مخازن تحت فشار فولاد ضد زنگ آستنیتی را انجام دهند یا خیر.

در ماده 74 ویرایش 99 «مقررات ظرفیت» به صراحت آمده است: «ظروف تحت فشار فولاد زنگ نزن آستنیتی یا فلزات غیرآهنی معمولاً پس از جوشکاری نیازی به عملیات حرارتی ندارند.اگر عملیات حرارتی برای شرایط خاص مورد نیاز است، باید در نقشه نشان داده شود.

2. عملیات حرارتی ظروف ورق فولادی با روکش فولاد ضد زنگ انفجاری صفحات فولادی با روکش فولاد ضد زنگ انفجاری به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی، ترکیبی عالی از استحکام مکانیکی و عملکرد هزینه معقول به طور گسترده ای در صنعت مخازن تحت فشار استفاده می شود.مسائل مربوط به عملیات حرارتی نیز باید مورد توجه طراحان مخازن تحت فشار قرار گیرد.

شاخص فنی که طراحان مخازن تحت فشار معمولاً برای پانل های کامپوزیت به آن اهمیت می دهند، میزان اتصال آن است، در حالی که عملیات حرارتی پانل های کامپوزیت اغلب بسیار کم در نظر گرفته می شود یا باید توسط استانداردهای فنی مربوطه و تولید کنندگان در نظر گرفته شود.فرآیند انفجار پانل های کامپوزیت فلزی اساساً فرآیند اعمال انرژی به سطح فلز است.

تحت اثر پالس پرسرعت، ماده کامپوزیت به صورت مایل با ماده پایه برخورد می کند و در حالت جت فلزی، یک رابط مرکب زیگزاگ بین فلز روکش شده و فلز پایه تشکیل می شود تا پیوند بین اتم ها حاصل شود.

فلز پایه پس از پردازش انفجار در واقع تحت یک فرآیند تقویت کرنش قرار می گیرد.

در نتیجه، مقاومت کششی σb افزایش می‌یابد، شاخص پلاستیسیته کاهش می‌یابد و مقدار مقاومت تسلیم σs مشخص نیست.چه فولاد سری Q235 باشد و چه 16MnR، پس از پردازش انفجار و سپس آزمایش خواص مکانیکی آن، همه پدیده تقویت کرنش فوق را نشان می دهند.در این رابطه، هر دو صفحه روکش فولاد تیتانیوم و ورق روکش فولاد نیکل نیاز دارند که صفحه روکش شده پس از ترکیب انفجاری تحت عملیات حرارتی کاهش تنش قرار گیرد.

ویرایش 99 "ظرفیت سنج" نیز مقررات روشنی در این مورد دارد، اما چنین مقرراتی برای صفحه فولاد زنگ نزن آستنیتی کامپوزیت انفجاری وجود ندارد.

در استانداردهای فنی مربوطه فعلی، این سؤال که آیا و چگونه می توان صفحه فولاد ضد زنگ آستنیتی را پس از پردازش انفجار حرارت داد، نسبتا مبهم است.

GB8165-87 "صفحه فولادی با روکش فولاد ضد زنگ" تصریح می کند: "طبق توافق بین تامین کننده و خریدار، می توان آن را در حالت نورد گرم یا عملیات حرارتی نیز تحویل داد."برای تسطیح، پیرایش یا برش عرضه می شود.در صورت درخواست، سطح کامپوزیت را می توان ترشی، غیرفعال یا صیقل داد، و همچنین می تواند در حالت عملیات حرارتی عرضه شود.

هیچ اشاره ای به نحوه انجام عملیات حرارتی نشده است.دلیل اصلی این وضعیت همچنان مشکل فوق الذکر مناطق حساس است که فولاد زنگ نزن آستنیتی باعث ایجاد خوردگی بین دانه ای می شود.

GB8547-87 "صفحه روکش فولاد تیتانیوم" تصریح می کند که سیستم عملیات حرارتی برای عملیات حرارتی کاهش استرس صفحه روکش فولاد تیتانیوم: 540 ℃ ± 25 ℃، حفظ حرارت به مدت 3 ساعت.و این دما فقط در محدوده دمای حساسیت فولاد ضد زنگ آستنیتی (400-850 درجه سانتیگراد) است.

بنابراین، ارائه مقررات روشن برای عملیات حرارتی ورق های فولادی زنگ نزن آستنیتی کامپوزیت انفجاری دشوار است.در این زمینه، طراحان مخازن تحت فشار ما باید درک روشنی داشته باشند، توجه کافی داشته باشند و اقدامات مربوطه را انجام دهند.

اول از همه، 1Cr18Ni9Ti نباید برای فولاد ضد زنگ روکش شده استفاده شود، زیرا در مقایسه با فولاد زنگ نزن آستنیتی کم کربن 0Cr18Ni9، محتوای کربن آن بیشتر است، احتمال ایجاد حساسیت بیشتر است و مقاومت آن در برابر خوردگی بین دانه ای کاهش می یابد.

علاوه بر این، زمانی که پوسته و سر مخزن تحت فشار ساخته شده از ورق فولاد زنگ نزن آستنیتی کامپوزیت انفجاری در شرایط سخت مانند: فشار بالا، نوسانات فشار و محیط های بسیار خطرناک استفاده می شود، باید از 00Cr17Ni14Mo2 استفاده شود.فولادهای زنگ نزن آستنیتی با کربن بسیار کم احتمال حساسیت را به حداقل می رساند.

الزامات عملیات حرارتی برای پانل های کامپوزیت باید به وضوح مطرح شود، و سیستم عملیات حرارتی باید با مشورت با طرف های مربوطه تعیین شود تا به این هدف دست یابد که ماده پایه دارای مقدار مشخصی ذخیره پلاستیکی باشد و مواد کامپوزیت دارای مقدار مشخصی باشد. مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز

3. آیا می توان از روش های دیگری برای جایگزینی عملیات حرارتی کلی تجهیزات استفاده کرد؟با توجه به محدودیت های شرایط سازنده و در نظر گرفتن منافع اقتصادی، بسیاری از افراد روش های دیگری را برای جایگزینی عملیات حرارتی کلی مخازن تحت فشار بررسی کرده اند.اگرچه این اکتشافات مفید و ارزشمند هستند، اما در حال حاضر جایگزینی برای عملیات حرارتی کلی مخازن تحت فشار نیز نمی باشد.

الزامات مربوط به عملیات حرارتی یکپارچه در استانداردها و رویه‌های معتبر فعلی کاهش نیافته است.در میان گزینه‌های مختلف برای عملیات حرارتی کلی، موارد معمول‌تر عبارتند از: عملیات حرارتی موضعی، روش چکشی برای از بین بردن تنش پسماند جوشکاری، روش انفجار برای حذف تنش و روش ارتعاش پسماند جوشکاری، روش حمام آب گرم و غیره.

عملیات حرارتی جزئی: در 10.4.5.3 از GB150-1998 "ظروف فشار فولادی" مقرر شده است: "مفصل های جوشی B، C، D، اتصالات جوشی نوع A که سر کروی و سیلندر را به هم متصل می کنند و قطعات تعمیر جوش معیوب مجاز به استفاده هستند. عملیات حرارتی جزئیروش عملیات حرارتی.”این مقررات به این معنی است که روش عملیات حرارتی موضعی برای جوش کلاس A روی سیلندر مجاز نیست، یعنی: کل تجهیزات مجاز به استفاده از روش عملیات حرارتی موضعی نیستند، یکی از دلایل آن این است که تنش پسماند جوشکاری نمی تواند باشد. به طور متقارن حذف شده است.

روش چکش کاری تنش پسماند جوشکاری را حذف می کند: یعنی از طریق چکش کاری دستی، یک تنش ورقه ورقه روی سطح اتصال جوش داده شده قرار می گیرد و در نتیجه تا حدی اثر نامطلوب تنش کششی باقیمانده را خنثی می کند.

اصولاً این روش اثر بازدارندگی خاصی در جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از تنش دارد.

با این حال، از آنجایی که هیچ شاخص کمی و رویه های عملیاتی سخت گیرانه تری در فرآیند عملیات عملی وجود ندارد و کار تأیید برای مقایسه و استفاده کافی نیست، توسط استاندارد فعلی پذیرفته نشده است.

روش انفجار برای از بین بردن تنش پسماند جوشکاری: ماده منفجره به طور خاص به شکل نوار ساخته می شود و دیواره داخلی تجهیزات روی سطح اتصال جوش داده می شود.مکانیسم مانند روش چکشی برای حذف تنش پسماند جوشکاری است.

گفته می شود این روش می تواند برخی از کاستی های روش چکش کاری را برای رفع تنش پسماند جوشکاری جبران کند.با این حال، برخی از واحدها از عملیات حرارتی کلی و روش انفجار برای حذف تنش پسماند جوش بر روی دو مخزن ذخیره LPG با شرایط یکسان استفاده کرده‌اند.سالها بعد، بازرسی باز کردن مخزن نشان داد که اتصالات جوش داده شده قبلی سالم هستند، در حالی که اتصالات جوشی مخزن ذخیره که تنش پسماند آن با روش انفجار از بین رفته است، ترک های زیادی را نشان می دهد.به این ترتیب، روش انفجاری که زمانی رایج بود برای از بین بردن تنش پسماند جوشکاری بی صدا است.

روش های دیگری نیز برای کاهش تنش پسماند جوشکاری وجود دارد که به دلایل مختلف مورد قبول صنعت مخازن تحت فشار قرار نگرفته است.در یک کلام، عملیات حرارتی کلی پس از جوش مخازن تحت فشار (از جمله عملیات حرارتی فرعی در کوره) دارای معایب مصرف انرژی بالا و زمان چرخه طولانی است و در عملکرد واقعی به دلیل عواملی مانند ساختار مخزن تحت فشار، اما هنوز هم صنعت مخازن تحت فشار فعلی است.تنها روش حذف تنش پسماند جوشکاری که از همه لحاظ قابل قبول است.