Uwzględnienie obróbki cieplnej w projektowaniu zbiorników ciśnieniowych

Spawanie ważnych komponentów, spawanie stali stopowych i spawanie grubych części wymaga wstępnego podgrzania przed spawaniem.Główne funkcje podgrzewania przed spawaniem są następujące:

(1) Podgrzewanie wstępne może spowolnić szybkość chłodzenia po spawaniu, co sprzyja ucieczce wodoru dyfuzyjnego w stopiwie i pozwala uniknąć pęknięć wywołanych wodorem.Jednocześnie zmniejsza się stopień utwardzenia spoiny i strefy wpływu ciepła oraz poprawia się odporność złącza spawanego na pękanie.

(2) Podgrzewanie wstępne może zmniejszyć naprężenia spawalnicze.Jednolite miejscowe podgrzewanie wstępne lub ogólne podgrzewanie wstępne może zmniejszyć różnicę temperatur (znaną również jako gradient temperatury) między spawanymi przedmiotami w obszarze spawania.W ten sposób z jednej strony zmniejsza się naprężenie spawalnicze, az drugiej strony zmniejsza się szybkość odkształcenia spawalniczego, co jest korzystne dla uniknięcia pęknięć spawalniczych.

(3) Podgrzanie wstępne może zmniejszyć usztywnienie spawanej konstrukcji, zwłaszcza usztywnienie złącza pachwinowego.Wraz ze wzrostem temperatury podgrzewania maleje częstość występowania pęknięć.

Dobór temperatury nagrzewania wstępnego i temperatury międzyściegowej jest związany nie tylko ze składem chemicznym stali i elektrody, ale także ze sztywnością konstrukcji spawanej, metodą spawania, temperaturą otoczenia itp., które należy określić po kompleksowym uwzględnieniu tych czynników. czynniki.

Ponadto równomierność temperatury wstępnego nagrzewania w kierunku grubości blachy stalowej oraz jednorodność w strefie zgrzewu mają istotny wpływ na zmniejszenie naprężeń spawalniczych.Szerokość miejscowego nagrzewania wstępnego należy określić w zależności od utwierdzenia spawanego przedmiotu.Zasadniczo powinna być trzykrotna grubość ściany wokół obszaru spoiny i nie powinna być mniejsza niż 150-200 mm.Jeśli podgrzewanie nie jest równomierne, zamiast zmniejszać naprężenie spawalnicze, zwiększy naprężenie spawalnicze.

Istnieją trzy cele obróbki cieplnej po spawaniu: wyeliminowanie wodoru, wyeliminowanie naprężeń spawalniczych, poprawa struktury spoiny i ogólnej wydajności.

Obróbka odwodorniająca po spawaniu odnosi się do niskotemperaturowej obróbki cieplnej przeprowadzanej po zakończeniu spawania, gdy spoina nie została schłodzona do temperatury poniżej 100 °C.Ogólna specyfikacja to podgrzanie do 200 ~ 350 ℃ i utrzymywanie go przez 2-6 godzin.Główną funkcją pospawalnej obróbki wodorowej jest przyspieszenie ucieczki wodoru w spoinie i strefie wpływu ciepła, co jest niezwykle skuteczne w zapobieganiu pęknięciom spawalniczym podczas spawania stali niskostopowych.

Podczas procesu spawania, z powodu nierównomiernego nagrzewania i chłodzenia oraz utwierdzenia lub utwierdzenia zewnętrznego samego elementu, naprężenia spawalnicze będą zawsze generowane w elemencie po zakończeniu prac spawalniczych.Występowanie naprężeń spawalniczych w elemencie zmniejsza rzeczywistą nośność spawanego obszaru złącza, powoduje odkształcenie plastyczne, a nawet prowadzi do uszkodzenia elementu w ciężkich przypadkach.

Obróbka cieplna odprężająca ma na celu zmniejszenie granicy plastyczności spawanego przedmiotu w wysokiej temperaturze, aby osiągnąć cel złagodzenia naprężeń spawalniczych.Istnieją dwie powszechnie stosowane metody: jedna to ogólne odpuszczanie w wysokiej temperaturze, to znaczy cała konstrukcja spawana jest wkładana do pieca grzewczego, powoli podgrzewana do określonej temperatury, następnie utrzymywana przez pewien czas, a na koniec schładzana w powietrzu lub w piecu.

W ten sposób można wyeliminować 80%-90% naprężeń spawalniczych.Inną metodą jest miejscowe odpuszczanie wysokotemperaturowe, to znaczy tylko podgrzanie spoiny i jej otoczenia, a następnie powolne schładzanie, zmniejszające szczytową wartość naprężenia spawalniczego, czyniąc rozkład naprężeń względnie płaskim i częściowo eliminując naprężenia spawalnicze.

Po spawaniu niektórych materiałów ze stali stopowych ich połączenia spawane będą miały utwardzoną strukturę, co pogorszy właściwości mechaniczne materiału.Ponadto ta utwardzona struktura może prowadzić do zniszczenia złącza pod działaniem naprężeń spawalniczych i wodoru.Po obróbce cieplnej poprawia się struktura metalograficzna złącza, poprawia się plastyczność i wytrzymałość złącza spawanego oraz poprawia się kompleksowe właściwości mechaniczne złącza spawanego.

Obróbka odwodorniająca polega na utrzymywaniu ciepła przez pewien czas w zakresie temperatur ogrzewania od 300 do 400 stopni.Celem jest przyspieszenie ucieczki wodoru w złączu spawanym, a efekt obróbki odwodorniającej jest lepszy niż efekt dogrzewania w niskiej temperaturze.

Obróbka cieplna po spawaniu i po spawaniu, terminowe podgrzewanie i odwodornianie po spawaniu są jednymi ze skutecznych środków zapobiegania pęknięciom na zimno podczas spawania.Pęknięcia wywołane wodorem, spowodowane gromadzeniem się wodoru podczas wielościegowego i wielowarstwowego spawania grubych blach, należy poddać 2-3 pośrednim zabiegom usuwania wodoru.

Uwzględnienie obróbki cieplnej w projektowaniu zbiorników ciśnieniowych

Uwzględnienie obróbki cieplnej w projektowaniu zbiorników ciśnieniowych Obróbka cieplna, jako tradycyjna i skuteczna metoda ulepszania i przywracania właściwości metali, zawsze była stosunkowo słabym ogniwem w projektowaniu i produkcji zbiorników ciśnieniowych.

Zbiorniki ciśnieniowe obejmują cztery rodzaje obróbki cieplnej:

Obróbka cieplna po spawaniu (odprężająca obróbka cieplna);obróbka cieplna w celu poprawy właściwości materiału;obróbka cieplna w celu przywrócenia właściwości materiału;usuwanie wodoru po spawaniu.Skupiono się tutaj na omówieniu zagadnień związanych z obróbką cieplną po spawaniu, która jest szeroko stosowana w projektowaniu zbiorników ciśnieniowych.

1. Czy zbiornik ciśnieniowy ze stali nierdzewnej austenitycznej wymaga obróbki cieplnej po spawaniu?Obróbka cieplna po spawaniu ma na celu wykorzystanie obniżenia granicy plastyczności materiału metalowego w wysokiej temperaturze do wytworzenia płynięcia plastycznego w miejscu, w którym naprężenia są wysokie, tak aby osiągnąć cel wyeliminowania naprężeń szczątkowych spawania, a przy jednocześnie może poprawić plastyczność i wytrzymałość połączeń spawanych i strefy wpływu ciepła oraz poprawić odporność na korozję naprężeniową.Ta metoda odprężania jest szeroko stosowana w zbiornikach ciśnieniowych ze stali węglowej i stali niskostopowej o sześciennej strukturze kryształu skupionej na ciele.

Struktura krystaliczna austenitycznej stali nierdzewnej jest centrowana sześciennie.Ponieważ materiał metaliczny sześciennej struktury krystalicznej centrowanej na twarzy ma więcej płaszczyzn poślizgu niż sześcienny centrowany na ciele, wykazuje dobrą wytrzymałość i właściwości wzmacniające odkształcenia.

Ponadto przy projektowaniu zbiorników ciśnieniowych stal nierdzewna jest często wybierana ze względu na dwa cele: antykorozyjne i spełniające specjalne wymagania dotyczące temperatury.Ponadto stal nierdzewna jest droga w porównaniu ze stalą węglową i stalą niskostopową, więc jej grubość ścianki nie będzie bardzo wysoka.gruby.

W związku z tym, biorąc pod uwagę bezpieczeństwo normalnej eksploatacji, nie ma potrzeby wprowadzania wymagań dotyczących obróbki cieplnej po spawaniu zbiorników ciśnieniowych ze stali nierdzewnej austenitycznej.

Jeśli chodzi o korozję spowodowaną użytkowaniem, niestabilność materiału, taka jak pogorszenie spowodowane nienormalnymi warunkami pracy, takimi jak zmęczenie, obciążenie udarowe itp., jest trudna do uwzględnienia w konwencjonalnym projekcie.Jeśli takie sytuacje istnieją, odpowiedni personel naukowy i techniczny (taki jak: projekt, użytkowanie, badania naukowe i inne odpowiednie jednostki) musi przeprowadzić dogłębne badania, eksperymenty porównawcze i opracować wykonalny plan obróbki cieplnej, aby zapewnić, że kompleksowy nie ma to wpływu na wydajność eksploatacyjną zbiornika ciśnieniowego.

W przeciwnym razie, jeśli nie uwzględni się w pełni potrzeby i możliwości obróbki cieplnej zbiorników ciśnieniowych z austenitycznej stali nierdzewnej, często niewykonalne jest po prostu sformułowanie wymagań dotyczących obróbki cieplnej austenitycznej stali nierdzewnej przez analogię do stali węglowej i stali niskostopowej.

W obowiązującej normie wymagania dotyczące obróbki cieplnej po spawaniu zbiorników ciśnieniowych ze stali nierdzewnej austenitycznej są raczej niejasne.W GB150 określono: „O ile na rysunkach nie określono inaczej, głowice ze stali nierdzewnej austenitycznej formowanej na zimno nie mogą być poddawane obróbce cieplnej”.

Jeśli chodzi o to, czy obróbka cieplna jest wykonywana w innych przypadkach, może się różnić w zależności od zrozumienia różnych osób.W GB150 określono, że zbiornik i jego elementy ciśnieniowe spełniają jeden z poniższych warunków i powinny być poddane obróbce cieplnej.Druga i trzecia pozycja to: „Pojemniki z korozją naprężeniową, takie jak pojemniki zawierające skroplony gaz ropopochodny, ciekły amoniak itp.”oraz „Pojemniki zawierające skrajnie lub wysoce toksyczne media”.

Zapisano w nim jedynie: „Jeżeli na rysunkach nie podano inaczej, złączy spawanych austenitycznej stali nierdzewnej nie wolno poddawać obróbce cieplnej”.

Z poziomu standardowego sformułowania wymóg ten należy rozumieć głównie dla różnych sytuacji wymienionych w punkcie pierwszym.Wspomniane wyżej sytuacje druga i trzecia niekoniecznie muszą być uwzględnione.

W ten sposób wymagania dotyczące obróbki cieplnej po spawaniu zbiorników ciśnieniowych ze stali austenitycznej można wyrazić bardziej kompleksowo i dokładnie, tak aby projektanci mogli zdecydować, czy i jak obróbka cieplna zbiorników ciśnieniowych ze stali austenitycznej zgodnie z rzeczywistą sytuacją.

Artykuł 74 99. wydania „Przepisów dotyczących pojemności” wyraźnie stwierdza: „Zbiorniki ciśnieniowe z austenitycznej stali nierdzewnej lub metali nieżelaznych na ogół nie wymagają obróbki cieplnej po spawaniu.Jeżeli ze względu na specjalne wymagania wymagana jest obróbka cieplna, należy to zaznaczyć na rysunku.”

2. Obróbka cieplna pojemników z blachy stalowej platerowanej wybuchową stalą nierdzewną Blachy stalowe platerowane wybuchową stalą nierdzewną są coraz szerzej stosowane w przemyśle zbiorników ciśnieniowych ze względu na ich doskonałą odporność na korozję, doskonałe połączenie wytrzymałości mechanicznej i rozsądnej ceny.Na kwestie obróbki cieplnej należy również zwrócić uwagę projektantów zbiorników ciśnieniowych.

Indeksem technicznym, do którego projektanci zbiorników ciśnieniowych zwykle przywiązują wagę w przypadku paneli kompozytowych, jest szybkość wiązania, podczas gdy obróbka cieplna paneli kompozytowych jest często uważana za bardzo niewielką lub powinna być brana pod uwagę przez odpowiednie normy techniczne i producentów.Proces obróbki strumieniowo-ściernej metalowych paneli kompozytowych jest zasadniczo procesem przykładania energii do metalowej powierzchni.

Pod działaniem impulsu o dużej prędkości materiał kompozytowy zderza się ukośnie z materiałem podstawowym, aw stanie strumienia metalu powstaje zygzakowaty interfejs kompozytowy między platerowanym metalem a metalem podstawowym, aby uzyskać wiązanie między atomami.

Metal nieszlachetny po obróbce wybuchowej jest faktycznie poddawany procesowi wzmacniania odkształceniowego.

W rezultacie wytrzymałość na rozciąganie σb wzrasta, wskaźnik plastyczności maleje, a wartość granicy plastyczności σs nie jest oczywista.Niezależnie od tego, czy jest to stal serii Q235, czy 16MnR, po obróbce wybuchowej, a następnie przetestowaniu jej właściwości mechanicznych, wszystkie wykazują powyższe zjawisko wzmocnienia odkształceniowego.Pod tym względem zarówno blacha platerowana tytanem i stalą, jak i blacha platerowana stalą niklową wymagają, aby platerowana płyta została poddana obróbce cieplnej odprężającej po zmieszaniu wybuchowym.

99. edycja „miernika pojemności” również zawiera jasne przepisy w tej sprawie, ale nie ma takich przepisów dla wybuchowej kompozytowej austenitycznej płyty ze stali nierdzewnej.

W obecnych odpowiednich normach technicznych pytanie, czy i jak poddawać obróbce cieplnej blachę austenityczną ze stali nierdzewnej po obróbce wybuchowej, jest stosunkowo niejasne.

GB8165-87 „Płyta stalowa platerowana stalą nierdzewną” stanowi: „Zgodnie z umową między dostawcą a nabywcą może być również dostarczana w stanie walcowanym na gorąco lub po obróbce cieplnej”.Dostarczane do wyrównywania, przycinania lub cięcia.Na życzenie powierzchnia kompozytu może być trawiona, pasywowana lub polerowana, a także może być dostarczona w stanie ulepszonym cieplnie.”

Nie ma wzmianki o sposobie przeprowadzania obróbki cieplnej.Główną przyczyną tej sytuacji jest nadal wspomniany wcześniej problem obszarów uczulonych, w których austenityczna stal nierdzewna powoduje korozję międzykrystaliczną.

GB8547-87 „Płyta platerowana tytanem” stanowi, że system obróbki cieplnej do odprężającej obróbki cieplnej płyty platerowanej tytanem i stalą wynosi: 540 ℃ ± 25 ℃, zachowanie ciepła przez 3 godziny.A ta temperatura mieści się w zakresie temperatur uczulania austenitycznej stali nierdzewnej (400 ℃ – 850 ℃).

Dlatego trudno jest podać jasne przepisy dotyczące obróbki cieplnej blach ze stali nierdzewnej austenitycznej kompozytowej wybuchowej.W tym względzie nasi projektanci zbiorników ciśnieniowych muszą mieć jasne zrozumienie, zwracać wystarczającą uwagę i podejmować odpowiednie środki.

Przede wszystkim 1Cr18Ni9Ti nie powinien być stosowany do stali nierdzewnych platerowanych, ponieważ w porównaniu z niskowęglową austenityczną stalą nierdzewną 0Cr18Ni9 ma wyższą zawartość węgla, większe prawdopodobieństwo wystąpienia sensytyzacji oraz zmniejszoną odporność na korozję międzykrystaliczną.

Dodatkowo w przypadku eksploatacji płaszcza i głowicy zbiornika ciśnieniowego z blachy nierdzewnej austenitycznej z kompozytu wybuchowego w trudnych warunkach takich jak: wysokie ciśnienie, wahania ciśnienia oraz media skrajnie i bardzo niebezpieczne należy stosować 00Cr17Ni14Mo2.Austenityczne stale nierdzewne o bardzo niskiej zawartości węgla minimalizują możliwość uczulenia.

Wymagania dotyczące obróbki cieplnej paneli kompozytowych powinny być jasno określone, a system obróbki cieplnej powinien zostać określony w porozumieniu z odpowiednimi stronami, aby osiągnąć cel, w którym materiał bazowy ma pewną rezerwę plastyczną, a materiał kompozytowy ma wymagana odporność na korozję.

3. Czy inne metody mogą zastąpić ogólną obróbkę cieplną sprzętu?Ze względu na ograniczenia warunków producenta i rozważania interesów ekonomicznych, wiele osób badało inne metody zastąpienia ogólnej obróbki cieplnej zbiorników ciśnieniowych.Chociaż te poszukiwania są korzystne i cenne, ale obecnie nie zastępują one również ogólnej obróbki cieplnej zbiorników ciśnieniowych.

Wymagania dotyczące integralnej obróbki cieplnej nie zostały złagodzone w obecnie obowiązujących normach i procedurach.Wśród różnych alternatyw dla ogólnej obróbki cieplnej, najbardziej typowe to: lokalna obróbka cieplna, metoda młotkowania w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych spawania, metoda eksplozji w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych spawania i metoda wibracji, metoda kąpieli w gorącej wodzie itp.

Częściowa obróbka cieplna: Jest to określone w 10.4.5.3 GB150-1998 „Stalowe zbiorniki ciśnieniowe”: „Połączenia spawane B, C, D, połączenia spawane typu A łączące głowicę kulową i cylinder oraz wadliwe spawanie części naprawczych mogą być używane częściowa obróbka cieplna.Metoda obróbki cieplnej.”Przepis ten oznacza, że ​​lokalna metoda obróbki cieplnej nie jest dozwolona dla spoiny klasy A na cylindrze, to znaczy: cały sprzęt nie może wykorzystywać lokalnej metody obróbki cieplnej, jednym z powodów jest to, że naprężenia szczątkowe spawania nie mogą być eliminowane symetrycznie.

Metoda młotkowania eliminuje naprężenia szczątkowe spawania: to znaczy, poprzez ręczne młotkowanie, na powierzchnię złącza spawanego nakłada się naprężenie laminacyjne, częściowo kompensując w ten sposób niekorzystny wpływ szczątkowego naprężenia rozciągającego.

Zasadniczo ta metoda ma pewien wpływ hamujący na zapobieganie pękaniu w wyniku korozji naprężeniowej.

Ponieważ jednak w procesie praktycznej eksploatacji nie ma wskaźników ilościowych i ściślejszych procedur operacyjnych, a prace weryfikacyjne dla porównania i użytkowania nie wystarczą, nie została ona przyjęta przez obowiązującą normę.

Metoda wybuchu w celu wyeliminowania naprężeń resztkowych spawania: Materiał wybuchowy jest specjalnie wykonany w kształcie taśmy, a wewnętrzna ściana urządzenia jest przyklejona do powierzchni złącza spawanego.Mechanizm jest taki sam jak w metodzie młotkowej, aby wyeliminować naprężenia szczątkowe spawania.

Mówi się, że ta metoda może zrekompensować niektóre niedociągnięcia metody młotkowania w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych spawania.Jednak niektóre jednostki zastosowały ogólną obróbkę cieplną i metodę eksplozji w celu wyeliminowania naprężeń spawalniczych na dwóch zbiornikach magazynowych LPG w tych samych warunkach.Po latach oględziny otwarcia zbiornika wykazały, że złącza spawane pierwszego były nienaruszone, natomiast złącza spawane zbiornika magazynowego, którego naprężenia szczątkowe zostały wyeliminowane metodą wybuchową, wykazywały liczne pęknięcia.W ten sposób popularna niegdyś metoda eksplozji w celu wyeliminowania naprężeń spawalniczych jest cicha.

Istnieją inne metody spawania, które z różnych powodów nie zostały zaakceptowane przez przemysł zbiorników ciśnieniowych.Jednym słowem, ogólna obróbka cieplna zbiorników ciśnieniowych po spawaniu (w tym obróbka cieplna w piecu) ma wady związane z wysokim zużyciem energii i długim czasem cyklu, a także napotyka różne trudności w rzeczywistej eksploatacji ze względu na takie czynniki, jak struktura zbiornika ciśnieniowego, ale nadal jest to obecny przemysł zbiorników ciśnieniowych.Jedyna metoda eliminacji naprężeń spawalniczych, która jest akceptowalna pod każdym względem.