Betraktning av varmebehandling i trykkbeholderdesign

Sveising av viktige komponenter, sveising av legert stål og sveising av tykke deler krever alle forvarming før sveising.Hovedfunksjonene til forvarming før sveising er som følger:

(1) Forvarming kan redusere kjølehastigheten etter sveising, noe som bidrar til utslipp av diffuserbart hydrogen i sveisemetallet og unngår hydrogeninduserte sprekker.Samtidig reduseres herdingsgraden av sveisen og den varmepåvirkede sonen, og sprekkmotstanden til den sveisede skjøten forbedres.

(2) Forvarming kan redusere sveisebelastningen.Ensartet lokal forvarming eller total forvarming kan redusere temperaturforskjellen (også kjent som temperaturgradient) mellom arbeidsstykkene som skal sveises i sveiseområdet.På denne måten reduseres på den ene siden sveisespenningen, og på den andre siden reduseres sveisetøyningshastigheten, noe som er gunstig for å unngå sveisesprekker.

(3) Forvarming kan redusere tilbakeholdenhet av den sveisede strukturen, spesielt tilbakeholdenhet av filetskjøten.Med økningen av forvarmingstemperaturen avtar forekomsten av sprekker.

Valget av forvarmingstemperatur og interpass-temperatur er ikke bare relatert til den kjemiske sammensetningen av stålet og elektroden, men også til stivheten til den sveisede strukturen, sveisemetoden, omgivelsestemperaturen osv., som bør bestemmes etter omfattende vurdering av disse faktorer.

I tillegg har jevnheten til forvarmingstemperaturen i stålplatens tykkelsesretning og jevnheten i sveisesonen en viktig innflytelse på å redusere sveisespenningen.Bredden på lokal forvarming bør bestemmes i henhold til fastholdelsen av arbeidsstykket som skal sveises.Generelt bør det være tre ganger veggtykkelsen rundt sveiseområdet, og bør ikke være mindre enn 150-200 mm.Hvis forvarmingen ikke er jevn, vil det i stedet for å redusere sveisespenningen øke sveisespenningen.

Det er tre formål med varmebehandling etter sveising: eliminering av hydrogen, eliminering av sveisespenning, forbedring av sveisestruktur og generell ytelse.

Post-sveis dehydrogeneringsbehandling refererer til lavtemperatur varmebehandling utført etter at sveisingen er fullført og sveisen ikke er avkjølt til under 100 °C.Den generelle spesifikasjonen er å varme opp til 200 ~ 350 ℃ og holde den i 2-6 timer.Hovedfunksjonen til hydrogenelimineringsbehandling etter sveising er å akselerere utslipp av hydrogen i sveise- og varmepåvirket sone, noe som er ekstremt effektivt for å forhindre sveisesprekker under sveising av lavlegert stål.

Under sveiseprosessen, på grunn av uensartet oppvarming og avkjøling, og tilbakeholdenhet eller ekstern tilbakeholdenhet av selve komponenten, vil det alltid genereres sveisespenning i komponenten etter at sveisearbeidet er fullført.Eksistensen av sveisespenning i komponenten vil redusere den faktiske bæreevnen til det sveisede leddområdet, forårsake plastisk deformasjon og til og med føre til skade på komponenten i alvorlige tilfeller.

Spenningsavlastende varmebehandling er å redusere flytestyrken til det sveisede arbeidsstykket ved høy temperatur for å oppnå formålet med å slappe av sveisespenningen.Det er to ofte brukte metoder: den ene er den generelle høytemperaturtemperingen, det vil si at hele sveisingen settes inn i varmeovnen, langsomt varmes opp til en viss temperatur, deretter holdes i en periode og til slutt avkjøles i luften eller i ovnen.

På denne måten kan 80%-90% av sveisebelastningen elimineres.En annen metode er lokal høytemperaturtempering, det vil si å bare varme sveisen og området rundt, og deretter sakte avkjøle, redusere toppverdien av sveisespenningen, gjøre spenningsfordelingen relativt flat og delvis eliminere sveisespenningen.

Etter at noen legert stålmaterialer er sveiset, vil deres sveisede ledd fremstå som en herdet struktur, noe som vil forringe materialets mekaniske egenskaper.I tillegg kan denne herdede strukturen føre til ødeleggelse av skjøten under påvirkning av sveisespenning og hydrogen.Etter varmebehandling forbedres den metallografiske strukturen til skjøten, plastisiteten og seigheten til den sveisede skjøten forbedres, og de omfattende mekaniske egenskapene til den sveisede skjøten forbedres.

Dehydrogeneringsbehandling er å holde varmen i en periode innenfor oppvarmingstemperaturområdet 300 til 400 grader.Hensikten er å akselerere utslippet av hydrogen i sveiseskjøten, og effekten av dehydrogeneringsbehandling er bedre enn ved lavtemperatur etteroppvarming.

Varmebehandling etter sveising og ettersveising, rettidig etteroppvarming og dehydrogeneringsbehandling etter sveising er et av de effektive tiltakene for å forhindre kalde sprekker i sveising.Hydrogeninduserte sprekker forårsaket av akkumulering av hydrogen i flerpass- og flerlagssveising av tykke plater bør behandles med 2 til 3 mellomliggende hydrogenfjerningsbehandlinger.

Betraktning av varmebehandling i trykkbeholderdesign

Hensyn til varmebehandling i trykkbeholderdesign Varmebehandling, som en tradisjonell og effektiv metode for å forbedre og gjenopprette metallegenskaper, har alltid vært et relativt svakt ledd i design og produksjon av trykkbeholdere.

Trykkbeholdere involverer fire typer varmebehandlinger:

Post-sveis varmebehandling (stressavlastende varmebehandling);varmebehandling for å forbedre materialegenskaper;varmebehandling for å gjenopprette materialegenskaper;behandling for eliminering av hydrogen etter sveising.Fokus her er å diskutere problemstillinger knyttet til varmebehandling etter sveising, som er mye brukt i design av trykkbeholdere.

1. Trenger den austenittiske trykkbeholderen i rustfritt stål etter sveising varmebehandling?Varmebehandlingen etter sveising er å bruke reduksjonen av flytegrensen for metallmaterialet ved høy temperatur for å generere plastisk strømning på stedet der spenningen er høy, for å oppnå formålet med å eliminere restspenning ved sveising, og ved samtidig kan forbedre plastisiteten og seigheten til sveisede skjøter og varmepåvirket sone, og forbedre evnen til å motstå spenningskorrosjon.Denne avspenningsmetoden er mye brukt i trykkbeholdere i karbonstål, lavlegert stål med kroppssentrert kubisk krystallstruktur.

Krystallstrukturen til austenittisk rustfritt stål er ansiktssentrert kubikk.Siden metallmaterialet i den ansiktssentrerte kubiske krystallstrukturen har flere glideplan enn den kroppssentrerte kubikk, viser den gode seighets- og tøyningsforsterkende egenskaper.

I tillegg, i utformingen av trykkbeholdere, velges ofte rustfritt stål for de to formålene anti-korrosjon og oppfyller de spesielle kravene til temperatur.I tillegg er rustfritt stål dyrt sammenlignet med karbonstål og lavlegert stål, så veggtykkelsen vil ikke være veldig høy.tykk.

Derfor, med tanke på sikkerheten ved normal drift, er det ikke behov for ettersveis varmebehandlingskrav for austenittiske trykkbeholdere av rustfritt stål.

Når det gjelder korrosjon på grunn av bruk, er materialustabilitet, slik som forringelse forårsaket av unormale driftsforhold som tretthet, slagbelastning, etc., vanskelig å vurdere i konvensjonell design.Hvis disse situasjonene eksisterer, må relevant vitenskapelig og teknisk personell (som: design, bruk, vitenskapelig forskning og andre relevante enheter) utføre grundige undersøkelser, sammenlignende eksperimenter og komme opp med en gjennomførbar varmebehandlingsplan for å sikre at den omfattende serviceytelsen til trykkbeholderen påvirkes ikke.

Ellers, hvis behovet og muligheten for varmebehandling for trykkbeholdere av austenittisk rustfritt stål ikke vurderes fullt ut, er det ofte umulig å stille krav til varmebehandling for austenittisk rustfritt stål analogt med karbonstål og lavlegert stål.

I gjeldende standard er kravene til ettersveis varmebehandling av austenittiske trykkbeholdere i rustfritt stål ganske vage.Det er fastsatt i GB150: "Med mindre annet er spesifisert i tegningene, kan kaldformede austenittiske rustfrie stålhoder ikke varmebehandles".

Når det gjelder om varmebehandling utføres i andre tilfeller, kan det variere i henhold til forståelsen til forskjellige personer.Det er fastsatt i GB150 at beholderen og dens trykkkomponenter oppfyller en av følgende betingelser og skal varmebehandles.Det andre og tredje elementet er: "Beholdere med spenningskorrosjon, for eksempel beholdere som inneholder flytende petroleumsgass, flytende ammoniakk, etc."og "Beholdere som inneholder ekstremt eller svært giftige medier".

Det er kun fastsatt i den: "Med mindre annet er spesifisert i tegningene, kan sveisede skjøter av austenittisk rustfritt stål ikke varmebehandles".

Ut fra standarduttrykksnivået skal dette kravet forstås som hovedsakelig for de ulike situasjonene oppført i første punkt.Ovennevnte andre og tredje situasjon er ikke nødvendigvis inkludert.

På denne måten kan kravene til ettersveis varmebehandling av austenittiske trykkbeholdere i rustfritt stål uttrykkes mer omfattende og nøyaktig, slik at designere kan bestemme om og hvordan varmebehandling av austenittiske trykkbeholdere i rustfritt stål i henhold til den faktiske situasjonen.

Artikkel 74 i den 99. utgaven av "Capacity Regulations" sier tydelig: "Austenittiske trykkbeholdere av rustfritt stål eller ikke-jernholdige metaller krever generelt ikke varmebehandling etter sveising.Hvis varmebehandling er nødvendig for spesielle behov, bør det angis på tegningen."

2. Varmebehandling av eksplosive rustfrie stålplatebeholdere Eksplosive rustfrie stålplater er mer og mer utbredt i trykkbeholderindustrien på grunn av deres utmerkede korrosjonsbestandighet, perfekte kombinasjon av mekanisk styrke og rimelig kostnadsytelse.Problemer med varmebehandling bør også gjøres oppmerksom på trykkbeholderdesignere.

Den tekniske indeksen som designere av trykkbeholdere vanligvis legger vekt på for komposittpaneler er bindingshastigheten, mens varmebehandlingen av komposittpaneler ofte anses som svært lite eller bør vurderes av relevante tekniske standarder og produsenter.Prosessen med å sprenge metallkomposittpaneler er i hovedsak prosessen med å tilføre energi til metalloverflaten.

Under påvirkning av høyhastighetspuls kolliderer komposittmaterialet med basismaterialet på skrå, og i tilstanden til metallstråle dannes et sikksakk-komposittgrensesnitt mellom det kledde metallet og basismetallet for å oppnå bindingen mellom atomene.

Grunnmetallet etter eksplosjonsbehandling er faktisk utsatt for en tøyningsforsterkende prosess.

Som et resultat øker strekkfastheten σb, plastisitetsindeksen synker, og flytegrenseverdien σs er ikke åpenbar.Enten det er Q235-serien stål eller 16MnR, etter eksplosjonsbehandling og deretter testing av dens mekaniske egenskaper, viser alle ovennevnte tøyningsforsterkende fenomen.I denne forbindelse krever både den belagte platen av titan-stål og den belagte platen med nikkel-stål at den belagte platen utsettes for spenningsavlastende varmebehandling etter eksplosiv blanding.

Den 99. utgaven av «kapasitetsmåleren» har også klare regler på dette, men det er ikke laget slike forskrifter for den eksplosive kompositt-austenittiske rustfrie stålplaten.

I gjeldende relevante tekniske standarder er spørsmålet om og hvordan man skal varmebehandle den austenittiske rustfrie stålplaten etter eksplosjonsbehandling relativt vag.

GB8165-87 "Stainless Steel Clad Steel Plate" fastsetter: "I henhold til avtalen mellom leverandøren og kjøperen kan den også leveres i varmvalset tilstand eller varmebehandlet tilstand."Leveres for avretting, trimming eller kutting.På forespørsel kan komposittoverflaten syltes, passiveres eller poleres, og kan også leveres i varmebehandlet tilstand."

Det er ingen omtale av hvordan varmebehandlingen utføres.Hovedårsaken til denne situasjonen er fortsatt det nevnte problemet med sensibiliserte områder hvor austenittisk rustfritt stål produserer intergranulær korrosjon.

GB8547-87 "Titan-stålbelagt plate" fastsetter at varmebehandlingssystemet for stressavlastende varmebehandling av titan-stålbelagt plate er: 540 ℃ ± 25 ℃, varmekonservering i 3 timer.Og denne temperaturen er bare i sensibiliseringstemperaturområdet til austenittisk rustfritt stål (400 ℃–850 ℃).

Derfor er det vanskelig å gi klare regler for varmebehandling av eksplosive kompositt-austenittiske rustfrie stålplater.I denne forbindelse må våre trykkbeholderdesignere ha en klar forståelse, være tilstrekkelig oppmerksom og iverksette tilsvarende tiltak.

For det første bør 1Cr18Ni9Ti ikke brukes for kledd rustfritt stål, fordi sammenlignet med lavkarbon austenittisk rustfritt stål 0Cr18Ni9 er karboninnholdet høyere, sensibilisering er mer sannsynlig og motstanden mot intergranulær korrosjon er redusert.

I tillegg, når trykkbeholderskallet og hodet laget av eksplosiv kompositt austenittisk rustfri stålplate brukes under tøffe forhold, som: høyt trykk, trykksvingninger og ekstremt og svært farlige medier, bør 00Cr17Ni14Mo2 brukes.Austenittisk rustfritt stål med ultralavt karbon minimerer muligheten for sensibilisering.

Kravene til varmebehandling for komposittpaneler bør fremgå tydelig, og varmebehandlingssystemet bør fastsettes i samråd med relevante parter, for å oppnå formålet at grunnmaterialet har en viss mengde plastreserve og komposittmaterialet har nødvendig korrosjonsbestandighet.

3. Kan andre metoder brukes for å erstatte den totale varmebehandlingen av utstyret?På grunn av begrensningene i produsentens betingelser og hensynet til økonomiske interesser, har mange mennesker utforsket andre metoder for å erstatte den generelle varmebehandlingen av trykkbeholdere.Selv om disse undersøkelsene er gunstige og verdifulle, men for tiden er det heller ikke en erstatning for den generelle varmebehandlingen av trykkbeholdere.

Kravene til integrert varmebehandling er ikke lempet i gjeldende standarder og prosedyrer.Blant de ulike alternativene til den totale varmebehandlingen er de mer typiske: lokal varmebehandling, hamringsmetode for å eliminere restspenning ved sveising, eksplosjonsmetode for å eliminere restspenning og vibrasjonsmetode for sveising, metode for varmtvannsbad, etc.

Delvis varmebehandling: Det er fastsatt i 10.4.5.3 i GB150-1998 "Ståltrykkbeholdere": "B, C, D sveisede skjøter, A type sveisede skjøter som forbinder det sfæriske hodet og sylinderen og defekte sveisereparasjonsdeler er tillatt å bruke delvis varmebehandling.Varmebehandlingsmetode."Denne forskriften betyr at den lokale varmebehandlingsmetoden ikke er tillatt for klasse A-sveisingen på sylinderen, det vil si: hele utstyret har ikke lov til å bruke den lokale varmebehandlingsmetoden, en av grunnene er at restspenningen for sveising ikke kan eliminert symmetrisk.

Hammermetoden eliminerer restspenning ved sveising: det vil si at ved manuell hamring legges en lamineringsspenning over overflaten av sveiseskjøten, og oppveier derved delvis den ugunstige effekten av gjenværende strekkspenning.

I prinsippet har denne metoden en viss hemmende effekt på å hindre spenningskorrosjonssprekker.

Men fordi det ikke er kvantitative indikatorer og strengere driftsprosedyrer i den praktiske operasjonsprosessen, og verifikasjonsarbeidet for sammenligning og bruk ikke er nok, er det ikke tatt i bruk av gjeldende standard.

Eksplosjonsmetode for å eliminere restspenning ved sveising: Sprengstoffet er spesiallaget til en tapeform, og den indre veggen av utstyret sitter fast på overflaten av sveiseskjøten.Mekanismen er den samme som for hammermetoden for å eliminere restspenning ved sveising.

Det sies at denne metoden kan kompensere for noen av manglene ved hamringsmetoden for å eliminere restspenning ved sveising.Noen enheter har imidlertid brukt den generelle varmebehandlingen og eksplosjonsmetoden for å eliminere gjenværende sveising på to LPG-lagringstanker med de samme forholdene.År senere fant tankåpningsinspeksjonen at de sveisede skjøtene til førstnevnte var intakte, mens de sveisede skjøtene til lagertanken hvis gjenværende spenning ble eliminert ved eksplosjonsmetoden viste mange sprekker.På denne måten er den en gang så populære eksplosjonsmetoden for å eliminere restspenning stille.

Det finnes andre metoder for sveising av restspenningsavlastning, som av ulike årsaker ikke har blitt akseptert av trykkbeholderindustrien.Kort sagt, den totale varmebehandlingen etter sveising av trykkbeholdere (inkludert undervarmebehandling i ovnen) har ulempene med høyt energiforbruk og lang syklustid, og den står overfor ulike vanskeligheter i faktisk drift på grunn av faktorer som f.eks. strukturen til trykkbeholderen, men det er fortsatt dagens trykkbeholderindustri.Den eneste metoden for å eliminere restspenning ved sveising som er akseptabel i alle henseender.