Consideração do Tratamento Térmico no Projeto de Vasos de Pressão

A soldagem de componentes importantes, a soldagem de ligas de aço e a soldagem de peças espessas requerem pré-aquecimento antes da soldagem.As principais funções do pré-aquecimento antes da soldagem são as seguintes:

(1) O pré-aquecimento pode diminuir a taxa de resfriamento após a soldagem, o que favorece o escape de hidrogênio difusível no metal de solda e evita trincas induzidas pelo hidrogênio.Ao mesmo tempo, o grau de endurecimento da solda e da zona afetada pelo calor é reduzido e a resistência à rachadura da junta soldada é melhorada.

(2) O pré-aquecimento pode reduzir o estresse de soldagem.O pré-aquecimento local uniforme ou o pré-aquecimento geral podem reduzir a diferença de temperatura (também conhecida como gradiente de temperatura) entre as peças a serem soldadas na área de soldagem.Desta forma, por um lado, a tensão de soldagem é reduzida e, por outro lado, a taxa de deformação de soldagem é reduzida, o que é benéfico para evitar trincas de soldagem.

(3) O pré-aquecimento pode reduzir a restrição da estrutura soldada, especialmente a restrição da junta de filete.Com o aumento da temperatura de pré-aquecimento, a incidência de trincas diminui.

A seleção da temperatura de pré-aquecimento e da temperatura de interpasse não está relacionada apenas à composição química do aço e do eletrodo, mas também à rigidez da estrutura soldada, método de soldagem, temperatura ambiente, etc., que devem ser determinados após consideração abrangente destes fatores.

Além disso, a uniformidade da temperatura de pré-aquecimento na direção da espessura da chapa de aço e a uniformidade na zona de solda têm influência importante na redução das tensões de soldagem.A largura do pré-aquecimento local deve ser determinada de acordo com a restrição da peça a ser soldada.Geralmente, deve ser três vezes a espessura da parede ao redor da área de solda e não deve ser inferior a 150-200 mm.Se o pré-aquecimento não for uniforme, ao invés de reduzir a tensão de soldagem, aumentará a tensão de soldagem.

Existem três finalidades do tratamento térmico pós-soldagem: eliminar o hidrogênio, eliminar o estresse da soldagem, melhorar a estrutura da solda e o desempenho geral.

O tratamento de desidrogenação pós-soldagem refere-se ao tratamento térmico de baixa temperatura realizado após a conclusão da soldagem e a solda não foi resfriada abaixo de 100 °C.A especificação geral é aquecer a 200 ~ 350 ℃ e mantê-lo por 2-6 horas.A principal função do tratamento de eliminação de hidrogênio pós-soldagem é acelerar o escape de hidrogênio na solda e na zona afetada pelo calor, o que é extremamente eficaz na prevenção de trincas de soldagem durante a soldagem de aços de baixa liga.

Durante o processo de soldagem, devido à não uniformidade de aquecimento e resfriamento e à restrição ou restrição externa do próprio componente, sempre haverá geração de tensão de soldagem no componente após a conclusão do trabalho de soldagem.A existência de tensão de soldagem no componente reduzirá a capacidade de carga real da área da junta soldada, causará deformação plástica e até mesmo levará ao dano do componente em casos graves.

O tratamento térmico de alívio de tensão é para reduzir a resistência ao escoamento da peça soldada em alta temperatura para atingir o objetivo de relaxar a tensão de soldagem.Existem dois métodos comumente usados: um é o revenimento geral em alta temperatura, ou seja, toda a solda é colocada no forno de aquecimento, lentamente aquecida a uma certa temperatura, mantida por um período de tempo e finalmente resfriada ao ar ou na fornalha.

Desta forma, 80%-90% do estresse de soldagem pode ser eliminado.Outro método é o revenimento local de alta temperatura, ou seja, apenas aquecendo a solda e sua área circundante e, em seguida, resfriando lentamente, reduzindo o valor de pico da tensão de soldagem, tornando a distribuição de tensão relativamente plana e eliminando parcialmente a tensão de soldagem.

Depois que alguns materiais de liga de aço são soldados, suas juntas soldadas aparecerão como uma estrutura endurecida, o que deteriorará as propriedades mecânicas do material.Além disso, esta estrutura endurecida pode levar à destruição da junta sob a ação do estresse de soldagem e do hidrogênio.Após o tratamento térmico, a estrutura metalográfica da junta é melhorada, a plasticidade e a tenacidade da junta soldada são melhoradas e as propriedades mecânicas abrangentes da junta soldada são melhoradas.

O tratamento de desidrogenação é para manter o calor por um período de tempo dentro da faixa de temperatura de aquecimento de 300 a 400 graus.O objetivo é acelerar o escape de hidrogênio na junta soldada, e o efeito do tratamento de desidrogenação é melhor do que o pós-aquecimento de baixa temperatura.

Tratamento térmico pós-soldagem e pós-soldagem, pós-aquecimento oportuno e tratamento de desidrogenação após a soldagem são uma das medidas eficazes para evitar trincas a frio na soldagem.As trincas induzidas por hidrogênio causadas pelo acúmulo de hidrogênio na soldagem multipasse e multicamada de chapas grossas devem ser tratadas com 2 a 3 tratamentos intermediários de remoção de hidrogênio.

Consideração do Tratamento Térmico no Projeto de Vasos de Pressão

Consideração do tratamento térmico no projeto de vasos de pressão O tratamento térmico, como um método tradicional e eficaz para melhorar e restaurar as propriedades do metal, sempre foi um elo relativamente fraco no projeto e fabricação de vasos de pressão.

Vasos de pressão envolvem quatro tipos de tratamentos térmicos:

Tratamento térmico pós-soldagem (tratamento térmico de alívio de tensões);tratamento térmico para melhorar as propriedades do material;tratamento térmico para restaurar as propriedades do material;tratamento de eliminação de hidrogênio pós-soldagem.O foco aqui é discutir questões relacionadas ao tratamento térmico pós-soldagem, amplamente utilizado no projeto de vasos de pressão.

1. O vaso de pressão de aço inoxidável austenítico precisa de tratamento térmico pós-soldagem?O tratamento térmico pós-soldagem é utilizar a redução do limite de escoamento do material metálico em alta temperatura para gerar fluxo plástico no local onde a tensão é alta, de modo a atingir o objetivo de eliminar a tensão residual da soldagem e ao mesmo tempo mesmo tempo pode melhorar a plasticidade e tenacidade das juntas soldadas e zona afetada pelo calor, e melhorar a capacidade de resistir à corrosão sob tensão.Este método de alívio de tensão é amplamente utilizado em aço carbono, vasos de pressão de aço de baixa liga com estrutura de cristal cúbico centrado no corpo.

A estrutura cristalina do aço inoxidável austenítico é cúbica de face centrada.Uma vez que o material metálico da estrutura cristalina cúbica de face centrada tem mais planos de deslizamento do que o cúbico de corpo centrado, ele exibe boas propriedades de tenacidade e resistência à deformação.

Além disso, no projeto de vasos de pressão, o aço inoxidável é frequentemente selecionado para os dois propósitos de anticorrosão e atendimento aos requisitos especiais de temperatura.Além disso, o aço inoxidável é caro em comparação com o aço carbono e o aço de baixa liga, portanto, a espessura da parede não será muito alta.espesso.

Portanto, considerando a segurança da operação normal, não há necessidade de requisitos de tratamento térmico pós-soldagem para vasos de pressão de aço inoxidável austenítico.

Quanto à corrosão devido ao uso, a instabilidade do material, como a deterioração causada por condições anormais de operação, como fadiga, carga de impacto, etc., é difícil de considerar no projeto convencional.Se essas situações existirem, o pessoal científico e técnico relevante (como: projeto, uso, pesquisa científica e outras unidades relevantes) precisa realizar pesquisas aprofundadas, experimentos comparativos e elaborar um plano de tratamento térmico viável para garantir que o abrangente o desempenho de serviço do vaso de pressão não é afetado.

Caso contrário, se a necessidade e a possibilidade de tratamento térmico para vasos de pressão de aço inoxidável austenítico não forem totalmente consideradas, muitas vezes é inviável simplesmente fazer requisitos de tratamento térmico para aço inoxidável austenítico por analogia com aço carbono e aço de baixa liga.

Na norma atual, os requisitos para tratamento térmico pós-soldagem de vasos de pressão de aço inoxidável austenítico são bastante vagos.É estipulado em GB150: “A menos que especificado de outra forma nos desenhos, as cabeças de aço inoxidável austenítico formado a frio não podem ser tratadas termicamente”.

Quanto a se o tratamento térmico é realizado em outros casos, pode variar de acordo com a compreensão de diferentes pessoas.É estipulado em GB150 que o recipiente e seus componentes de pressão atendem a uma das seguintes condições e devem ser tratados termicamente.O segundo e o terceiro itens são: “Recipientes com corrosão sob tensão, como recipientes contendo gás liquefeito de petróleo, amônia líquida, etc.”e “Recipientes contendo meios extremamente ou altamente tóxicos”.

Nela está apenas estipulado: “Salvo indicação em contrário nos desenhos, as juntas soldadas de aço inoxidável austenítico não podem ser tratadas termicamente”.

Do ponto de vista da expressão padrão, esse requisito deve ser entendido principalmente para as diversas situações elencadas no primeiro item.A segunda e terceira situações acima mencionadas podem não necessariamente ser incluídas.

Desta forma, os requisitos para tratamento térmico pós-soldagem de vasos de pressão de aço inoxidável austenítico podem ser expressos de forma mais abrangente e precisa, para que os projetistas possam decidir se e como fazer o tratamento térmico para vasos de pressão de aço inoxidável austenítico de acordo com a situação real.

O Artigo 74 da 99ª edição dos “Regulamentos de Capacidade” afirma claramente: “Os vasos de pressão de aço inoxidável austenítico ou de metal não ferroso geralmente não requerem tratamento térmico após a soldagem.Se o tratamento térmico for necessário para requisitos especiais, deve ser indicado no desenho.”

2. Tratamento térmico de recipientes de placas de aço revestidas de aço inoxidável explosivas Placas de aço revestidas de aço inoxidável explosivas são cada vez mais amplamente utilizadas na indústria de vasos de pressão devido à sua excelente resistência à corrosão, combinação perfeita de resistência mecânica e desempenho de custo razoável.Questões de tratamento térmico também devem ser levadas ao conhecimento dos projetistas de vasos de pressão.

O índice técnico ao qual os projetistas de vasos de pressão geralmente atribuem importância para painéis compostos é sua taxa de adesão, enquanto o tratamento térmico de painéis compostos geralmente é considerado muito pouco ou deve ser considerado pelos padrões técnicos e fabricantes relevantes.O processo de jateamento de painéis compostos de metal é essencialmente o processo de aplicação de energia à superfície do metal.

Sob a ação do pulso de alta velocidade, o material composto colide com o material base obliquamente e, no estado de jato de metal, uma interface composta em zigue-zague é formada entre o metal revestido e o metal base para alcançar a ligação entre os átomos.

O metal de base após o processamento de explosão é realmente submetido a um processo de reforço de tensão.

Como resultado, a resistência à tração σb aumenta, o índice de plasticidade diminui e o valor da resistência ao escoamento σs não é óbvio.Quer se trate de aço da série Q235 ou 16MnR, após o processamento de explosão e, em seguida, testar suas propriedades mecânicas, todos mostram o fenômeno de reforço de tensão acima.A este respeito, tanto a placa revestida de aço-titânio quanto a placa revestida de aço-níquel requerem que a placa revestida seja submetida a um tratamento térmico de alívio de tensão após a composição explosiva.

A 99ª edição do “medidor de capacidade” também tem regulamentos claros sobre isso, mas nenhum desses regulamentos é feito para a placa de aço inoxidável austenítico composto explosivo.

Nos padrões técnicos relevantes atuais, a questão de se e como tratar termicamente a placa de aço inoxidável austenítico após o processamento por explosão é relativamente vaga.

GB8165-87 "Placa de aço revestida de aço inoxidável" estipula: "De acordo com o acordo entre o fornecedor e o comprador, também pode ser entregue em estado laminado a quente ou tratado termicamente."Fornecido para nivelar, aparar ou cortar.A pedido, a superfície composta pode ser decapada, passivada ou polida, e também pode ser fornecida em estado de tratamento térmico.”

Não há menção de como o tratamento térmico é realizado.A principal razão para esta situação ainda é o problema acima mencionado de regiões sensibilizadas onde o aço inoxidável austenítico produz corrosão intergranular.

GB8547-87 "Placa revestida de aço titânio" estipula que o sistema de tratamento térmico para tratamento térmico de alívio de tensão da placa revestida de aço titânio é: 540 ℃ ± 25 ℃, preservação do calor por 3 horas.E esta temperatura está apenas na faixa de temperatura de sensibilização do aço inoxidável austenítico (400℃–850℃).

Portanto, é difícil fornecer regulamentos claros para o tratamento térmico de chapas de aço inoxidável austenítico composto explosivo.A esse respeito, nossos projetistas de vasos de pressão devem ter um entendimento claro, prestar atenção suficiente e tomar as medidas correspondentes.

Em primeiro lugar, 1Cr18Ni9Ti não deve ser usado para aço inoxidável revestido, porque comparado com o aço inoxidável austenítico de baixo carbono 0Cr18Ni9, seu teor de carbono é maior, a sensibilização é mais provável e sua resistência à corrosão intergranular é reduzida.

Além disso, quando o invólucro e a cabeça do vaso de pressão feitos de placa de aço inoxidável austenítico composto explosivo são usados ​​em condições adversas, como: alta pressão, flutuações de pressão e meios extremamente e altamente perigosos, 00Cr17Ni14Mo2 deve ser usado.Os aços inoxidáveis ​​austeníticos de carbono ultrabaixo minimizam a possibilidade de sensibilização.

Os requisitos de tratamento térmico para painéis compostos devem ser claramente apresentados, e o sistema de tratamento térmico deve ser determinado em consulta com as partes relevantes, de modo a atingir o objetivo de que o material de base tenha uma certa quantidade de reserva de plástico e o material composto tenha o resistência à corrosão necessária.

3. Outros métodos podem ser usados ​​para substituir o tratamento térmico geral do equipamento?Devido às limitações das condições do fabricante e à consideração dos interesses econômicos, muitas pessoas exploraram outros métodos para substituir o tratamento térmico geral dos vasos de pressão.Embora essas explorações sejam benéficas e valiosas, no momento também não substituem o tratamento térmico geral dos vasos de pressão.

Os requisitos para o tratamento térmico integral não foram relaxados nas normas e procedimentos atualmente válidos.Entre as várias alternativas para o tratamento térmico geral, as mais comuns são: tratamento térmico local, método de martelamento para eliminar tensões residuais de soldagem, método de explosão para eliminar tensões residuais de soldagem e método de vibração, método de banho de água quente, etc.

Tratamento térmico parcial: É estipulado em 10.4.5.3 de GB150-1998 “Vasos de pressão de aço”: “B, C, D juntas soldadas, juntas soldadas tipo A conectando a cabeça esférica e o cilindro e peças de reparo de soldagem defeituosas são permitidas tratamento térmico parcial.Método de tratamento térmico.”Este regulamento significa que o método de tratamento térmico local não é permitido para a solda Classe A no cilindro, ou seja: todo o equipamento não pode usar o método de tratamento térmico local, um dos motivos é que a tensão residual de soldagem não pode ser eliminado simetricamente.

O método de martelamento elimina a tensão residual da soldagem: ou seja, através do martelamento manual, uma tensão de laminação é sobreposta na superfície da junta soldada, compensando parcialmente o efeito adverso da tensão de tração residual.

Em princípio, este método tem um certo efeito inibitório na prevenção de trincas por corrosão sob tensão.

No entanto, por não haver indicadores quantitativos e procedimentos operacionais mais rígidos no processo de operação prática, e o trabalho de verificação para comparação e uso não ser suficiente, ele não foi adotado pela norma atual.

Método de explosão para eliminar a tensão residual da soldagem: O explosivo é feito especialmente em forma de fita e a parede interna do equipamento é presa na superfície da junta soldada.O mecanismo é o mesmo do método do martelo para eliminar a tensão residual da soldagem.

Diz-se que este método pode compensar algumas das deficiências do método de martelar para eliminar a tensão residual da soldagem.No entanto, algumas unidades usaram o tratamento térmico geral e o método de explosão para eliminar a tensão residual de soldagem em dois tanques de armazenamento de GLP nas mesmas condições.Anos depois, a inspeção de abertura do tanque constatou que as juntas soldadas do primeiro estavam intactas, enquanto as juntas soldadas do tanque de armazenamento, cujas tensões residuais foram eliminadas pelo método de explosão, apresentavam muitas trincas.Desta forma, o outrora popular método de explosão para eliminar a tensão residual da soldagem é silencioso.

Existem outros métodos de soldagem de alívio de tensões residuais que, por vários motivos, não são aceitos pela indústria de vasos de pressão.Em uma palavra, o tratamento térmico geral pós-soldagem de vasos de pressão (incluindo o tratamento subaquecido no forno) tem as desvantagens de alto consumo de energia e longo tempo de ciclo, e enfrenta várias dificuldades na operação real devido a fatores como o estrutura do vaso de pressão, mas ainda é a indústria de vasos de pressão atual.O único método de eliminar tensões residuais de soldagem que é aceitável em todos os aspectos.