Lämpökäsittelyn huomioiminen paineastioiden suunnittelussa

Tärkeiden komponenttien hitsaus, seosteräksen hitsaus ja paksujen osien hitsaus vaativat kaikki esilämmityksen ennen hitsausta.Esilämmityksen päätoiminnot ennen hitsausta ovat seuraavat:

(1) Esilämmitys voi hidastaa jäähtymisnopeutta hitsauksen jälkeen, mikä edistää diffundoituvan vedyn karkaamista hitsausmetallissa ja välttää vedyn aiheuttamia halkeamia.Samalla hitsin ja lämpövaikutusalueen kovettumisaste pienenee ja hitsausliitoksen halkeamankestävyys paranee.

(2) Esilämmitys voi vähentää hitsausjännitystä.Tasainen paikallinen esilämmitys tai yleinen esilämmitys voi pienentää lämpötilaeroa (tunnetaan myös nimellä lämpötilagradientti) hitsattavien työkappaleiden välillä hitsausalueella.Tällä tavalla toisaalta hitsausjännitys pienenee ja toisaalta hitsauksen jännitysnopeus pienenee, mikä on hyödyllistä hitsaushalkeamien välttämiseksi.

(3) Esilämmitys voi vähentää hitsatun rakenteen pidättymistä, erityisesti liitosliitoksen pidättämistä.Esilämmityslämpötilan noustessa halkeamien ilmaantuvuus vähenee.

Esilämmityslämpötilan ja välilämpötilan valinta ei liity ainoastaan ​​teräksen ja elektrodin kemialliseen koostumukseen, vaan myös hitsatun rakenteen jäykkyyteen, hitsausmenetelmään, ympäristön lämpötilaan jne., jotka tulee määrittää näiden perusteellisen harkinnan jälkeen. tekijät.

Lisäksi esilämmityslämpötilan tasaisuus teräslevyn paksuussuunnassa ja tasaisuus hitsausvyöhykkeessä vaikuttavat merkittävästi hitsausjännityksen vähentämiseen.Paikallisen esilämmityksen leveys tulee määrittää hitsattavan työkappaleen rajoituksen mukaan.Yleensä sen tulee olla kolme kertaa seinämän paksuus hitsausalueen ympärillä, eikä se saa olla pienempi kuin 150-200 mm.Jos esilämmitys ei ole tasaista, se lisää hitsausjännitystä sen sijaan, että se vähentäisi hitsausjännitystä.

Hitsauksen jälkeisellä lämpökäsittelyllä on kolme tarkoitusta: vedyn poistaminen, hitsausjännityksen poistaminen, hitsin rakenteen ja yleisen suorituskyvyn parantaminen.

Hitsauksen jälkeisellä dehydrauskäsittelyllä tarkoitetaan matalan lämpötilan lämpökäsittelyä, joka suoritetaan sen jälkeen, kun hitsaus on valmis eikä hitsiä ole jäähdytetty alle 100 °C:een.Yleinen ohje on lämmittää 200-350 ℃ ja säilyttää 2-6 tuntia.Hitsauksen jälkeisen vetyeliminaatiokäsittelyn päätehtävänä on nopeuttaa vedyn poistumista hitsaus- ja lämpövaikutusvyöhykkeellä, mikä on erittäin tehokas estämään hitsaushalkeamat niukkaseosteisten terästen hitsauksen aikana.

Hitsausprosessin aikana lämmityksen ja jäähdytyksen epätasaisuudesta sekä itse komponentin pidätyksestä tai ulkoisesta pidätyksestä johtuen komponenttiin syntyy aina hitsausjännitystä hitsaustyön päätyttyä.Hitsausjännityksen olemassaolo komponentissa vähentää hitsausliitosalueen todellista kantavuutta, aiheuttaa plastista muodonmuutosta ja johtaa jopa komponentin vaurioitumiseen vaikeissa tapauksissa.

Jännitystä vähentävä lämpökäsittely on vähentää hitsatun työkappaleen myötölujuutta korkeassa lämpötilassa hitsausjännityksen lieventämisen saavuttamiseksi.On olemassa kaksi yleisesti käytettyä menetelmää: yksi on yleinen korkean lämpötilan karkaisu, eli koko hitsaus laitetaan lämmitysuuniin, lämmitetään hitaasti tiettyyn lämpötilaan, pidetään sitten jonkin aikaa ja lopuksi jäähdytetään ilmassa tai uunissa.

Tällä tavalla voidaan poistaa 80–90 % hitsausjännitystä.Toinen menetelmä on paikallinen korkean lämpötilan karkaisu, eli vain hitsin ja sitä ympäröivän alueen lämmittäminen ja sitten hidas jäähdyttäminen, mikä vähentää hitsausjännityksen huippuarvoa, tekee jännitysjakaumasta suhteellisen tasaiseksi ja osittain eliminoi hitsausjännityksen.

Kun jotkut seosteräsmateriaalit on hitsattu, niiden hitsausliitokset näyttävät kovetetulta rakenteelta, mikä heikentää materiaalin mekaanisia ominaisuuksia.Lisäksi tämä kovettunut rakenne voi johtaa liitoksen tuhoutumiseen hitsausjännityksen ja vedyn vaikutuksesta.Lämpökäsittelyn jälkeen liitoksen metallografinen rakenne paranee, hitsausliitoksen plastisuus ja sitkeys paranevat sekä hitsausliitoksen kokonaisvaltaiset mekaaniset ominaisuudet.

Dehydrauskäsittelyn tarkoituksena on pitää lämpimänä jonkin aikaa lämmityslämpötila-alueella 300-400 astetta.Tarkoituksena on nopeuttaa vedyn poistumista hitsausliitoksessa ja dehydrauskäsittelyn vaikutus on parempi kuin matalalämpötilaisen jälkilämmityksen.

Hitsauksen ja hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely, oikea-aikainen jälkilämmitys ja dehydrauskäsittely hitsauksen jälkeen ovat yksi tehokkaista toimenpiteistä kylmähalkeamien estämiseksi hitsauksessa.Vedyn aiheuttamat halkeamat, jotka aiheutuvat vedyn kertymisestä paksujen levyjen monivaihe- ja monikerroksisessa hitsauksessa, tulee käsitellä 2-3 välivedynpoistokäsittelyllä.

Lämpökäsittelyn huomioiminen paineastioiden suunnittelussa

Lämpökäsittelyn huomioiminen paineastioiden suunnittelussa Lämpökäsittely perinteisenä ja tehokkaana menetelmänä parantaa ja palauttaa metallin ominaisuuksia, on aina ollut suhteellisen heikko lenkki paineastioiden suunnittelussa ja valmistuksessa.

Paineastiat sisältävät neljän tyyppistä lämpökäsittelyä:

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (stressinpoistolämpökäsittely);lämpökäsittely materiaalin ominaisuuksien parantamiseksi;lämpökäsittely materiaalien ominaisuuksien palauttamiseksi;hitsauksen jälkeinen vetypoistokäsittely.Tässä keskitytään keskustelemaan paineastioiden suunnittelussa laajasti käytetystä hitsauksen jälkeisestä lämpökäsittelystä.

1. Tarvitseeko austeniittista ruostumattomasta teräksestä valmistettu paineastia hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä?Hitsauksen jälkeisessä lämpökäsittelyssä käytetään metallimateriaalin myötörajan alentamista korkeassa lämpötilassa muovin virtauksen tuottamiseksi kohtaan, jossa jännitys on suuri, jotta saavutetaan tavoite hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi. Samalla se voi parantaa hitsausliitosten ja lämpövaikutusten vyöhykkeen plastisuutta ja sitkeyttä sekä parantaa kykyä vastustaa jännityskorroosiota.Tätä jännityksenpoistomenetelmää käytetään laajasti hiiliteräksissä, niukkaseosteisessa teräksessä paineastioissa, joissa on runkokeskeinen kuutiokiderakenne.

Austeniittisen ruostumattoman teräksen kiderakenne on kasvokeskeinen kuutio.Koska kasvokeskeisen kuutiokiderakenteen metallimateriaalissa on enemmän liukutasoja kuin runkokeskeisessä kuutiossa, sillä on hyvät sitkeys- ja venytystä vahvistavat ominaisuudet.

Lisäksi paineastioiden suunnittelussa ruostumaton teräs valitaan usein kahteen tarkoitukseen: korroosionesto ja lämpötilan erityisvaatimukset.Lisäksi ruostumaton teräs on kallista verrattuna hiiliteräkseen ja niukkaseosteiseen teräkseen, joten sen seinämän paksuus ei ole kovin suuri.paksu.

Siksi normaalikäytön turvallisuus huomioon ottaen ei ole tarvetta austeniittisille ruostumattomasta teräksestä valmistettujen paineastioiden hitsauksen jälkeisille lämpökäsittelyvaatimuksille.

Mitä tulee käytöstä aiheutuvaan korroosioon, tavanomaisessa suunnittelussa on vaikea ottaa huomioon materiaalin epävakautta, kuten epänormaalien käyttöolosuhteiden, kuten väsymisen, iskukuormituksen jne., aiheuttamaa kulumista.Jos tällaisia ​​tilanteita esiintyy, asiaankuuluvan tieteellisen ja teknisen henkilöstön (kuten suunnittelu, käyttö, tieteellinen tutkimus ja muut asiaankuuluvat yksiköt) on suoritettava perusteellista tutkimusta, vertailevia kokeita ja laadittava toteuttamiskelpoinen lämpökäsittelysuunnitelma varmistaakseen, että kattava Tämä ei vaikuta paineastian huoltoon.

Muussa tapauksessa, jos austeniittisen ruostumattoman teräksen paineastioiden lämpökäsittelyn tarvetta ja mahdollisuutta ei oteta täysin huomioon, on usein mahdotonta asettaa lämpökäsittelyvaatimuksia austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle analogisesti hiiliteräksen ja niukkaseosteisen teräksen kanssa.

Nykyisessä standardissa vaatimukset austeniittisen ruostumattoman teräksen paineastioiden hitsauksen jälkeiselle lämpökäsittelylle ovat melko epämääräisiä.Se on määrätty GB150:ssä: "Ellei piirustuksissa toisin mainita, kylmämuovattuja austeniittisia ruostumattomia teräspäitä ei saa lämpökäsitellä".

Se, suoritetaanko lämpökäsittely muissa tapauksissa, voi vaihdella eri ihmisten ymmärryksen mukaan.GB150:ssä määrätään, että säiliö ja sen painekomponentit täyttävät yhden seuraavista ehdoista ja ne tulee lämpökäsitellä.Toinen ja kolmas kohta ovat: "Säiliöt, joissa on jännityskorroosiota, kuten säiliöt, jotka sisältävät nestekaasua, nestemäistä ammoniakkia jne."ja "erittäin tai erittäin myrkyllisiä väliaineita sisältävät säiliöt".

Siinä on vain määrätty: "Ellei piirustuksissa toisin mainita, austeniittisen ruostumattoman teräksen hitsausliitoksia ei saa lämpökäsitellä".

Vakioilmaisun tasolla tämä vaatimus tulee ymmärtää lähinnä ensimmäisessä kohdassa lueteltujen eri tilanteiden osalta.Edellä mainittu toinen ja kolmas tilanne eivät välttämättä sisälly.

Näin austeniittisen ruostumattoman teräksen paineastioiden hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn vaatimukset voidaan ilmaista kattavammin ja tarkemmin, jotta suunnittelijat voivat päättää, lämpökäsitelläänkö austeniittista ruostumattomasta teräksestä valmistettuja paineastioita todellisen tilanteen mukaan ja miten.

Kapasiteettisäännösten 99. painoksen artiklassa 74 todetaan selvästi: "Austeniittiset ruostumattomasta teräksestä tai ei-rautametallista valmistetut paineastiat eivät yleensä vaadi lämpökäsittelyä hitsauksen jälkeen.Jos lämpökäsittelyä vaaditaan erityisvaatimusten vuoksi, se tulee mainita piirustuksessa."

2. Räjähtävällä ruostumattomalla teräksellä verhottujen teräslevysäiliöiden lämpökäsittely Räjähdysherkällä ruostumattomalla teräksellä päällystettyjä teräslevyjä käytetään yhä laajemmin paineastiateollisuudessa niiden erinomaisen korroosionkestävyyden, täydellisen mekaanisen lujuuden ja kohtuullisen kustannustehokkuuden yhdistelmän ansiosta.Lämpökäsittelykysymykset tulee myös tuoda paineastioiden suunnittelijoiden tietoon.

Tekninen indeksi, jota paineastioiden suunnittelijat yleensä pitävät tärkeänä komposiittipaneeleissa, on sen sidosnopeus, kun taas komposiittipaneelien lämpökäsittelyä pidetään usein hyvin vähäisenä tai asiaankuuluvien teknisten standardien ja valmistajien tulisi harkita sitä.Metallikomposiittipaneelien puhallusprosessi on pohjimmiltaan energian kohdistaminen metallipintaan.

Nopean pulssin vaikutuksesta komposiittimateriaali törmää vinosti perusmateriaaliin, ja metallisuihkutilassa päällystetyn metallin ja perusmetallin välille muodostuu siksak-komposiittirajapinta atomien välisen sidoksen saavuttamiseksi.

Räjähdyskäsittelyn jälkeen perusmetalli joutuu itse asiassa jännitysvahvistusprosessiin.

Tämän seurauksena vetolujuus σb kasvaa, plastisuusindeksi pienenee ja myötöraja-arvo σs ei ole ilmeinen.Olipa kyseessä Q235-sarjan teräs tai 16MnR, räjähdyskäsittelyn ja sitten sen mekaanisten ominaisuuksien testauksen jälkeen kaikki osoittavat yllä olevan jännityksen vahvistumisilmiön.Tässä suhteessa sekä titaaniteräspäällysteinen levy että nikkeliteräspäällysteinen levy edellyttävät, että päällystelevylle tehdään jännityksenpoistolämpökäsittely räjähdysaineseoksen jälkeen.

Myös "kapasiteettimittarin" 99. painoksessa on selkeät määräykset tästä, mutta räjähdysainekomposiittiausteniittiselle ruostumattomalle teräslevylle ei ole annettu tällaisia ​​määräyksiä.

Nykyisissä asiaa koskevissa teknisissä standardeissa kysymys siitä, lämpökäsitelläänkö austeniittista ruostumatonta teräslevyä räjähdyskäsittelyn jälkeen, on suhteellisen epämääräinen.

GB8165-87 "Ruostumattomasta teräksestä päällystetty teräslevy" määrää: "Toimittajan ja ostajan välisen sopimuksen mukaan se voidaan toimittaa myös kuumavalssattuna tai lämpökäsiteltynä."Toimitetaan tasoittamiseen, trimmaamiseen tai leikkaamiseen.Komposiittipinta voidaan pyynnöstä peittata, passivoida tai kiillottaa, ja se voidaan toimittaa myös lämpökäsiteltynä.

Lämpökäsittelystä ei mainita mitään.Pääsyy tähän tilanteeseen on edelleen edellä mainittu herkistyneiden alueiden ongelma, joissa austeniittinen ruostumaton teräs tuottaa rakeiden välistä korroosiota.

GB8547-87 "Titaaniteräspäällysteinen levy" edellyttää, että lämpökäsittelyjärjestelmä titaaniteräslevyn jännityksenpoistolämpökäsittelyyn on: 540 ℃ ± 25 ℃, lämpösuojaus 3 tuntia.Ja tämä lämpötila on juuri austeniittisen ruostumattoman teräksen herkistymislämpötila-alueella (400 ℃–850 ℃).

Siksi on vaikea antaa selkeitä määräyksiä räjähdysvaarallisten komposiittiausteniittisten ruostumattomien teräslevyjen lämpökäsittelylle.Tässä suhteessa paineastiasuunnittelijoillamme on oltava selkeä ymmärrys, riittävä huomio ja tarvittavat toimenpiteet.

Ensinnäkin 1Cr18Ni9Ti:tä ei tule käyttää päällystettyyn ruostumattomaan teräkseen, koska verrattuna vähähiiliseen austeniittiseen ruostumattomaan teräkseen 0Cr18Ni9, sen hiilipitoisuus on korkeampi, herkistymistä todennäköisemmin esiintyy ja sen rakeidenvälisen korroosionkestävyys on heikentynyt.

Lisäksi, kun paineastian kuorta ja päätä, joka on valmistettu räjähtävästä austeniittisesta ruostumattomasta teräslevystä, käytetään ankarissa olosuhteissa, kuten: korkea paine, paineenvaihtelut ja erittäin vaaralliset väliaineet, tulee käyttää 00Cr17Ni14Mo2.Erittäin vähähiiliset austeniittiset ruostumattomat teräkset minimoivat herkistymisen mahdollisuuden.

Komposiittipaneelien lämpökäsittelyvaatimukset olisi esitettävä selkeästi ja lämpökäsittelyjärjestelmä olisi määriteltävä asianomaisten osapuolten kanssa, jotta saavutetaan tavoite, että perusmateriaalissa on tietty määrä muovivarastoa ja komposiittimateriaalilla on vaadittava korroosionkestävyys.

3. Voidaanko laitteiden kokonaislämpökäsittelyä korvata muilla menetelmillä?Valmistajan ehtojen rajoitusten ja taloudellisten etujen huomioimisen vuoksi monet ihmiset ovat etsineet muita menetelmiä paineastioiden yleisen lämpökäsittelyn korvaamiseksi.Vaikka nämä tutkimukset ovat hyödyllisiä ja arvokkaita, mutta tällä hetkellä se ei myöskään korvaa paineastioiden yleistä lämpökäsittelyä.

Integroidun lämpökäsittelyn vaatimuksia ei ole lievennetty tällä hetkellä voimassa olevissa standardeissa ja menettelyissä.Kokonaislämpökäsittelyn eri vaihtoehdoista tyypillisimpiä ovat: paikallinen lämpökäsittely, vasarointimenetelmä hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi, räjähdysmenetelmä hitsauksen jäännösjännityksen ja tärinän poistamiseksi, kuumavesihaudemenetelmä jne.

Osittainen lämpökäsittely: Se on määrätty GB150-1998 "Teräspaineastiat" kohdassa 10.4.5.3: "B, C, D hitsausliitokset, A-tyypin hitsausliitokset, jotka yhdistävät pallomaisen pään ja sylinterin sekä vialliset hitsauskorjausosat, ovat sallittuja osittainen lämpökäsittely.Lämpökäsittelymenetelmä."Tämä määräys tarkoittaa, että paikallinen lämpökäsittelymenetelmä ei ole sallittu sylinterin luokan A hitsaukselle, eli: koko laitteisto ei saa käyttää paikallista lämpökäsittelymenetelmää, yksi syy on se, että hitsauksen jäännösjännitystä ei voida poistaa. eliminoitu symmetrisesti.

Vasaramenetelmä eliminoi hitsauksen jäännösjännityksen: toisin sanoen manuaalisen vasaroinnin avulla hitsausliitoksen pintaan kohdistuu laminointijännitys, mikä osittain kompensoi jäännösvetoluukun haitallista vaikutusta.

Periaatteessa tällä menetelmällä on tietty estävä vaikutus jännityskorroosiohalkeilun estämisessä.

Koska käytännön toimintaprosessissa ei kuitenkaan ole kvantitatiivisia indikaattoreita ja tiukempia toimintatapoja, eikä vertailu- ja käyttötodentamistyö riitä, sitä ei ole otettu käyttöön nykyisessä standardissa.

Räjähdysmenetelmä hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi: Räjähteestä tehdään erityisesti teippimuotoinen ja laitteiston sisäseinä kiinnitetään hitsausliitoksen pintaan.Mekanismi on sama kuin vasaramenetelmässä hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi.

Sanotaan, että tämä menetelmä voi korvata joitakin vasaramenetelmän puutteita hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi.Jotkut yksiköt ovat kuitenkin käyttäneet yleistä lämpökäsittelyä ja räjähdysmenetelmää poistamaan hitsausjäännösjännitystä kahdesta nestekaasusäiliöstä samoissa olosuhteissa.Vuosia myöhemmin säiliön avaustarkastuksessa todettiin, että entisen hitsausliitokset olivat ehjät, kun taas varastosäiliön hitsausliitoksissa, joiden jäännösjännitys poistettiin räjähdysmenetelmällä, oli paljon halkeamia.Tällä tavalla kerran suosittu räjähdysmenetelmä hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi on äänetön.

On olemassa muita hitsausmenetelmiä jäännösjännityksen poistamiseksi, joita paineastiateollisuus ei ole useista syistä hyväksynyt.Lyhyesti sanottuna paineastioiden hitsauksen jälkeisessä kokonaislämpökäsittelyssä (mukaan lukien alilämpökäsittely uunissa) on haittoja korkea energiankulutus ja pitkä kiertoaika, ja sen varsinaisessa käytössä on erilaisia ​​vaikeuksia, jotka johtuvat mm. paineastian rakennetta, mutta se on edelleen nykyinen paineastiateollisuus.Ainoa kaikilta osin hyväksyttävä menetelmä hitsauksen jäännösjännityksen poistamiseksi.