Luarea în considerare a tratamentului termic în proiectarea recipientelor sub presiune

Sudarea componentelor importante, sudarea oțelului aliat și sudarea pieselor groase necesită preîncălzire înainte de sudare.Principalele funcții ale preîncălzirii înainte de sudare sunt următoarele:

(1) Preîncălzirea poate încetini viteza de răcire după sudare, ceea ce favorizează scăparea hidrogenului difuzabil în metalul de sudură și evită fisurile induse de hidrogen.În același timp, se reduce gradul de întărire a sudurii și a zonei afectate de căldură, iar rezistența la fisurare a îmbinării sudate este îmbunătățită.

(2) Preîncălzirea poate reduce stresul de sudare.Preîncălzirea locală uniformă sau preîncălzirea globală poate reduce diferența de temperatură (cunoscută și sub numele de gradient de temperatură) dintre piesele de prelucrat care urmează să fie sudate în zona de sudare.În acest fel, pe de o parte, tensiunea de sudare este redusă, iar pe de altă parte, rata de deformare la sudare este redusă, ceea ce este benefic pentru evitarea fisurilor de sudare.

(3) Preîncălzirea poate reduce reținerea structurii sudate, în special reținerea îmbinării filetului.Odată cu creșterea temperaturii de preîncălzire, incidența fisurilor scade.

Selectarea temperaturii de preîncălzire și a temperaturii de trecere nu este legată numai de compoziția chimică a oțelului și a electrodului, ci și de rigiditatea structurii sudate, metoda de sudare, temperatura ambiantă etc., care ar trebui determinate după o analiză cuprinzătoare a acestora. factori.

În plus, uniformitatea temperaturii de preîncălzire în direcția grosimii tablei de oțel și uniformitatea în zona de sudură au o influență importantă asupra reducerii tensiunii de sudare.Lățimea preîncălzirii locale trebuie determinată în funcție de reținerea piesei de sudat.În general, ar trebui să fie de trei ori grosimea peretelui din jurul zonei de sudură și nu trebuie să fie mai mică de 150-200 mm.Dacă preîncălzirea nu este uniformă, în loc să reducă solicitarea de sudură, aceasta va crește efortul de sudare.

Există trei scopuri ale tratamentului termic post-sudare: eliminarea hidrogenului, eliminarea tensiunii de sudură, îmbunătățirea structurii sudurii și a performanței generale.

Tratamentul de dehidrogenare post-sudare se referă la tratamentul termic la temperatură joasă efectuat după terminarea sudurii și sudarea nu a fost răcită sub 100 °C.Specificația generală este de a încălzi la 200 ~ 350 ℃ și de a o păstra timp de 2-6 ore.Funcția principală a tratamentului de eliminare a hidrogenului după sudare este de a accelera scăparea hidrogenului în zona de sudură și afectată de căldură, ceea ce este extrem de eficient în prevenirea fisurilor de sudare în timpul sudării oțelurilor slab aliate.

În timpul procesului de sudare, din cauza neuniformității încălzirii și răcirii și a reținerii sau reținerii exterioare a componentei în sine, stresul de sudare va fi întotdeauna generat în componentă după finalizarea lucrărilor de sudare.Existența tensiunii de sudură în componentă va reduce capacitatea portantă reală a zonei îmbinării sudate, va cauza deformare plastică și chiar va duce la deteriorarea componentei în cazuri severe.

Tratamentul termic de reducere a tensiunii este de a reduce puterea de curgere a piesei de prelucrat sudate la temperatură ridicată pentru a atinge scopul de a relaxa tensiunea de sudură.Există două metode utilizate în mod obișnuit: una este călirea generală la temperatură ridicată, adică întreaga sudură este introdusă în cuptorul de încălzire, încălzită încet la o anumită temperatură, apoi păstrată pentru o perioadă de timp și, în final, răcită în aer sau în cuptor.

În acest fel, 80%-90% din tensiunea de sudare poate fi eliminată.O altă metodă este călirea locală la temperatură ridicată, adică doar încălzirea sudurii și a zonei înconjurătoare și apoi răcirea lent, reducând valoarea de vârf a tensiunii de sudură, făcând distribuția tensiunii relativ plată și eliminând parțial efortul de sudare.

După ce unele materiale din oțel aliat sunt sudate, îmbinările lor sudate vor apărea o structură întărită, ceea ce va deteriora proprietățile mecanice ale materialului.În plus, această structură întărită poate duce la distrugerea îmbinării sub acțiunea tensiunii de sudare și a hidrogenului.După tratamentul termic, structura metalografică a îmbinării este îmbunătățită, plasticitatea și duritatea îmbinării sudate sunt îmbunătățite, iar proprietățile mecanice cuprinzătoare ale îmbinării sudate sunt îmbunătățite.

Tratamentul de dehidrogenare este menținerea caldă pentru o perioadă de timp în intervalul de temperatură de încălzire de la 300 la 400 de grade.Scopul este de a accelera scăparea hidrogenului în îmbinarea sudată, iar efectul tratamentului de dehidrogenare este mai bun decât cel al postîncălzirii la temperatură joasă.

Tratamentul termic post-sudare și post-sudare, tratamentul de post-încălzire și dehidrogenare în timp util după sudare sunt una dintre măsurile eficiente de prevenire a fisurilor la rece la sudare.Fisurile induse de hidrogen cauzate de acumularea de hidrogen în sudarea în mai multe treceri și în mai multe straturi a plăcilor groase trebuie tratate cu 2 până la 3 tratamente intermediare de îndepărtare a hidrogenului.

Luarea în considerare a tratamentului termic în proiectarea recipientelor sub presiune

Luarea în considerare a tratamentului termic în proiectarea recipientelor sub presiune Tratamentul termic, ca metodă tradițională și eficientă de îmbunătățire și restaurare a proprietăților metalului, a fost întotdeauna o verigă relativ slabă în proiectarea și fabricarea recipientelor sub presiune.

Vasele sub presiune implică patru tipuri de tratamente termice:

Tratament termic post-sudare (tratament termic de reducere a tensiunii);tratament termic pentru a îmbunătăți proprietățile materialului;tratament termic pentru a restabili proprietățile materialului;tratament de eliminare a hidrogenului post-sudare.Accentul aici este discutarea problemelor legate de tratamentul termic post-sudare, care este utilizat pe scară largă în proiectarea recipientelor sub presiune.

1. Vasul sub presiune din oțel inoxidabil austenitic necesită tratament termic după sudare?Tratamentul termic post-sudare constă în utilizarea reducerii limitei de curgere a materialului metalic la temperatură ridicată pentru a genera un flux de plastic în locul unde solicitarea este mare, astfel încât să se realizeze scopul eliminării tensiunii reziduale de sudare, iar la În același timp, poate îmbunătăți plasticitatea și duritatea îmbinărilor sudate și a zonei afectate de căldură și poate îmbunătăți capacitatea de a rezista coroziunii prin stres.Această metodă de reducere a tensiunii este utilizată pe scară largă în oțel carbon, recipiente sub presiune din oțel slab aliat, cu structură cristalină cubică centrată pe corp.

Structura cristalină a oțelului inoxidabil austenitic este cubică centrată pe față.Deoarece materialul metalic al structurii cristaline cubice centrate pe față are mai multe planuri de alunecare decât cubicul centrat pe corp, prezintă proprietăți bune de duritate și de întărire a deformarii.

În plus, în proiectarea recipientelor sub presiune, oțelul inoxidabil este adesea selectat pentru cele două scopuri de anticoroziune și îndeplinirea cerințelor speciale de temperatură.În plus, oțelul inoxidabil este scump în comparație cu oțelul carbon și oțelul slab aliat, astfel încât grosimea peretelui său nu va fi foarte mare.gros.

Prin urmare, având în vedere siguranța funcționării normale, nu este nevoie de cerințe de tratament termic post-sudare pentru recipientele sub presiune din oțel inoxidabil austenitic.

În ceea ce privește coroziunea datorată utilizării, instabilitatea materialului, cum ar fi deteriorarea cauzată de condiții anormale de funcționare, cum ar fi oboseala, sarcina de impact etc., este dificil de luat în considerare în proiectarea convențională.Dacă există aceste situații, personalul științific și tehnic relevant (cum ar fi: proiectare, utilizare, cercetare științifică și alte unități relevante) trebuie să efectueze cercetări aprofundate, experimente comparative și să vină cu un plan fezabil de tratament termic pentru a se asigura că performanța de serviciu a vasului sub presiune nu este afectată.

În caz contrar, dacă necesitatea și posibilitatea tratamentului termic pentru recipientele sub presiune din oțel inoxidabil austenitic nu sunt pe deplin luate în considerare, este adesea imposibil de a face pur și simplu cerințe de tratament termic pentru oțelul inoxidabil austenitic prin analogie cu oțelul carbon și oțelul slab aliat.

În standardul actual, cerințele pentru tratamentul termic post-sudare al recipientelor sub presiune din oțel inoxidabil austenitic sunt destul de vagi.Este stipulat în GB150: „Cu excepția cazului în care se specifică altfel în desene, capetele din oțel inoxidabil austenitic format la rece nu pot fi tratate termic”.

În ceea ce privește dacă tratamentul termic este efectuat în alte cazuri, acesta poate varia în funcție de înțelegerea diferitelor persoane.Este stipulat în GB150 că recipientul și componentele sale sub presiune îndeplinesc una dintre următoarele condiții și trebuie tratate termic.Al doilea și al treilea articol sunt: ​​„Containere cu coroziune sub presiune, cum ar fi containerele care conțin gaz petrolier lichefiat, amoniac lichid etc.”și „Containere care conțin medii extrem de toxice sau foarte toxice”.

În el se prevede doar: „Dacă nu se specifică altfel în desene, îmbinările sudate din oțel inoxidabil austenitic nu pot fi tratate termic”.

Din punctul de vedere al expresiei standard, această cerință trebuie înțeleasă ca fiind în principal pentru diferitele situații enumerate în primul articol.Este posibil ca a doua și a treia situație menționate mai sus să nu fie neapărat incluse.

În acest fel, cerințele pentru tratamentul termic post-sudare al recipientelor sub presiune din oțel inoxidabil austenitic pot fi exprimate mai cuprinzător și mai precis, astfel încât proiectanții să poată decide dacă și cum să tratament termic pentru recipientele sub presiune din oțel inoxidabil austenitic în funcție de situația actuală.

Articolul 74 din cea de-a 99-a ediție a „Regulamentelor de capacitate” spune clar: „Recipientele sub presiune austenitice din oțel inoxidabil sau metale neferoase, în general, nu necesită tratament termic după sudare.Dacă este necesar un tratament termic pentru cerințe speciale, acesta ar trebui să fie indicat pe desen.”

2. Tratamentul termic al recipientelor cu plăci de oțel placate cu oțel inoxidabil exploziv Plăcile din oțel placate cu oțel inoxidabil exploziv sunt din ce în ce mai utilizate pe scară largă în industria recipientelor sub presiune datorită rezistenței excelente la coroziune, a combinației perfecte de rezistență mecanică și performanță rezonabilă a costurilor.Problemele legate de tratarea termică ar trebui, de asemenea, aduse în atenția proiectanților de recipiente sub presiune.

Indicele tehnic căruia proiectanții de recipiente sub presiune îl acordă de obicei importanță pentru panourile compozite este rata de lipire a acestuia, în timp ce tratamentul termic al panourilor compozite este adesea considerat foarte puțin sau ar trebui luat în considerare de standardele tehnice relevante și producătorii.Procesul de sablare a panourilor metalice compozite este în esență procesul de aplicare a energiei pe suprafața metalică.

Sub acțiunea impulsului de mare viteză, materialul compozit se ciocnește oblic cu materialul de bază, iar în starea de jet de metal, se formează o interfață compozită în zig-zag între metalul placat și metalul de bază pentru a realiza legătura dintre atomi.

Metalul de bază după prelucrarea prin explozie este de fapt supus unui proces de întărire a deformarii.

Ca rezultat, rezistența la tracțiune σb crește, indicele de plasticitate scade și valoarea limitei de curgere σs nu este evidentă.Indiferent dacă este vorba de oțel din seria Q235 sau 16MnR, după procesarea prin explozie și apoi testarea proprietăților sale mecanice, toate arată fenomenul de întărire a deformarii de mai sus.În acest sens, atât placa placată cu titan-oțel, cât și placa placată cu nichel-oțel necesită ca placa placată să fie supusă unui tratament termic de reducere a tensiunilor după compunerea explozivă.

Ediția a 99-a a „indicatorului de capacitate” are, de asemenea, reglementări clare în acest sens, dar nu există astfel de reglementări pentru placa de oțel inoxidabil austenitic compozit exploziv.

În standardele tehnice relevante actuale, întrebarea dacă și cum să se trateze termic placa de oțel inoxidabil austenitic după procesarea la explozie este relativ vagă.

GB8165-87 „Placă din oțel placat cu oțel inoxidabil” prevede: „Conform acordului dintre furnizor și cumpărător, poate fi livrat și în stare laminată la cald sau în stare tratată termic.”Furnizat pentru nivelare, tundere sau tăiere.La cerere, suprafața compozită poate fi decapată, pasivată sau lustruită și poate fi furnizată și în stare tratată termic.”

Nu se menționează cum se efectuează tratamentul termic.Motivul principal pentru această situație este încă problema menționată mai sus a regiunilor sensibilizate în care oțelul inoxidabil austenitic produce coroziune intergranulară.

GB8547-87 „Placă placată cu titan-oțel” stipulează că sistemul de tratament termic pentru tratarea termică de reducere a stresului al plăcii placate cu oțel titan este: 540 ℃ ± 25 ℃, conservarea căldurii timp de 3 ore.Și această temperatură este doar în intervalul de temperatură de sensibilizare al oțelului inoxidabil austenitic (400℃–850℃).

Prin urmare, este dificil să se dea reglementări clare pentru tratarea termică a foilor de oțel inoxidabil austenitic compozit exploziv.În acest sens, proiectanții noștri de vase sub presiune trebuie să aibă o înțelegere clară, să acorde suficientă atenție și să ia măsurile corespunzătoare.

În primul rând, 1Cr18Ni9Ti nu trebuie utilizat pentru oțel inoxidabil placat, deoarece, în comparație cu oțelul inoxidabil austenitic cu conținut scăzut de carbon 0Cr18Ni9, conținutul său de carbon este mai mare, este mai probabil să apară sensibilizarea și rezistența sa la coroziunea intergranulară este redusă.

În plus, atunci când carcasa și capul vasului sub presiune din oțel inoxidabil austenitic compozit exploziv sunt utilizate în condiții dure, cum ar fi: presiune ridicată, fluctuații de presiune și medii extrem de periculoase, ar trebui utilizat 00Cr17Ni14Mo2.Oțelurile inoxidabile austenitice cu conținut foarte scăzut de carbon minimizează posibilitatea de sensibilizare.

Cerințele de tratament termic pentru panourile compozite ar trebui prezentate în mod clar, iar sistemul de tratament termic ar trebui determinat în consultare cu părțile relevante, astfel încât să se realizeze scopul ca materialul de bază să aibă o anumită cantitate de rezervă de plastic și materialul compozit să aibă rezistența la coroziune necesară.

3. Pot fi utilizate alte metode pentru a înlocui tratamentul termic general al echipamentului?Datorită limitărilor condițiilor producătorului și luării în considerare a intereselor economice, mulți oameni au explorat alte metode pentru a înlocui tratamentul termic general al recipientelor sub presiune.Deși aceste explorări sunt benefice și valoroase, în prezent, nu este, de asemenea, un substitut pentru tratamentul termic general al vaselor sub presiune.

Cerințele pentru tratamentul termic integral nu au fost relaxate în standardele și procedurile valabile în prezent.Dintre diferitele alternative la tratamentul termic general, cele mai tipice sunt: ​​tratamentul termic local, metoda cu ciocanul pentru eliminarea tensiunilor reziduale de sudare, metoda exploziei pentru eliminarea tensiunilor reziduale de sudare și metoda vibrațiilor, metoda băii de apă caldă etc.

Tratament termic parțial: Este stipulat în 10.4.5.3 din GB150-1998 „Recipiente sub presiune din oțel”: „Îmbinari sudate B, C, D, îmbinări sudate de tip A care leagă capul sferic și cilindrul și piesele de reparare de sudură defecte sunt permise. tratament termic parțial.Metoda de tratament termic.”Această reglementare înseamnă că metoda locală de tratament termic nu este permisă pentru sudarea Clasa A pe cilindru, adică: întregul echipament nu are voie să utilizeze metoda locală de tratament termic, unul dintre motive este că efortul rezidual de sudare nu poate fi eliminate simetric.

Metoda de lovire elimină solicitarea reziduală la sudare: adică, prin lovire manuală, o solicitare de laminare este suprapusă pe suprafața îmbinării sudate, compensând astfel parțial efectul negativ al tensiunii reziduale de întindere.

În principiu, această metodă are un anumit efect inhibitor asupra prevenirii fisurilor prin coroziune sub tensiune.

Cu toate acestea, deoarece nu există indicatori cantitativi și proceduri de operare mai stricte în procesul de operare practic, iar munca de verificare pentru comparare și utilizare nu este suficientă, acesta nu a fost adoptat de standardul actual.

Metoda de explozie pentru eliminarea tensiunii reziduale de sudare: explozivul este special făcut sub formă de bandă, iar peretele interior al echipamentului este lipit pe suprafața îmbinării sudate.Mecanismul este același cu cel al metodei ciocanului pentru a elimina stresul rezidual de sudare.

Se spune că această metodă poate compensa unele dintre deficiențele metodei de ciocănire pentru a elimina stresul rezidual de sudare.Cu toate acestea, unele unități au folosit tratamentul termic general și metoda de explozie pentru a elimina solicitarea reziduală de sudare pe două rezervoare de stocare GPL în aceleași condiții.Ani mai târziu, inspecția la deschiderea rezervorului a constatat că îmbinările sudate ale primului erau intacte, în timp ce îmbinările sudate ale rezervorului de stocare a căror solicitare reziduală a fost eliminată prin metoda exploziei prezentau multe fisuri.În acest fel, metoda de explozie odinioară populară pentru a elimina stresul rezidual de sudare este silentioasă.

Există și alte metode de reducere a tensiunilor reziduale de sudare, care din diverse motive nu au fost acceptate de industria recipientelor sub presiune.Într-un cuvânt, tratamentul termic general post-sudare al vaselor sub presiune (inclusiv tratamentul termic secundar în cuptor) are dezavantajele consumului ridicat de energie și a unui ciclu lung și se confruntă cu diverse dificultăți în funcționarea efectivă din cauza unor factori precum structura vasului sub presiune, dar este încă industria actuală a recipientelor sub presiune.Singura metodă de eliminare a tensiunii reziduale de sudare care este acceptabilă din toate punctele de vedere.