Сварка важных компонентов, сварка легированной стали и сварка толстых деталей требуют предварительного нагрева перед сваркой.Основные функции предварительного нагрева перед сваркой следующие:
(1) Предварительный нагрев может замедлить скорость охлаждения после сварки, что способствует выделению диффундирующего водорода из металла сварного шва и позволяет избежать трещин, вызванных водородом.При этом снижается степень упрочнения шва и околошовной зоны, повышается трещиностойкость сварного соединения.
(2) Предварительный нагрев может снизить сварочное напряжение.Равномерный локальный предварительный нагрев или общий предварительный нагрев могут уменьшить разницу температур (также известную как температурный градиент) между свариваемыми деталями в зоне сварки.Таким образом, с одной стороны, снижается напряжение при сварке, а с другой стороны, снижается скорость деформации при сварке, что способствует предотвращению образования сварочных трещин.
(3) Предварительный нагрев может снизить жесткость сварной конструкции, особенно углового соединения.С повышением температуры предварительного нагрева количество трещин уменьшается.
Выбор температуры предварительного нагрева и межпроходной температуры связан не только с химическим составом стали и электрода, но и с жесткостью сварной конструкции, методом сварки, температурой окружающей среды и т. д., которые следует определять после всестороннего рассмотрения этих факторов. факторы.
Кроме того, однородность температуры предварительного нагрева в направлении толщины стального листа и однородность в зоне сварки имеют важное влияние на снижение сварочного напряжения.Ширину местного предварительного подогрева следует определять в зависимости от защемления свариваемой детали.Как правило, она должна в три раза превышать толщину стенки вокруг зоны сварки и быть не менее 150-200 мм.Если предварительный нагрев не является равномерным, вместо снижения сварочного напряжения он увеличит сварочное напряжение.
Термическая обработка после сварки преследует три цели: удаление водорода, устранение напряжения при сварке, улучшение структуры сварного шва и общие характеристики.
Послесварочная обработка дегидрированием относится к низкотемпературной термической обработке, выполняемой после завершения сварки, когда сварной шов не был охлажден ниже 100 °C.Общая спецификация заключается в нагревании до 200 ~ 350 ℃ и выдержке в течение 2-6 часов.Основная функция послесварочной антиводородной обработки заключается в ускорении выхода водорода из шва и околошовной зоны, что чрезвычайно эффективно для предотвращения образования сварочных трещин при сварке низколегированных сталей.
В процессе сварки из-за неравномерности нагрева и охлаждения, а также ограничения или внешнего ограничения самого компонента после завершения сварочных работ в компоненте всегда будут возникать сварочные напряжения.Существование сварочного напряжения в компоненте снизит фактическую несущую способность зоны сварного соединения, вызовет пластическую деформацию и даже в тяжелых случаях приведет к повреждению компонента.
Термическая обработка для снятия напряжения предназначена для снижения предела текучести сварной детали при высокой температуре для достижения цели ослабления сварочного напряжения.Существует два широко используемых метода: один — это общий высокотемпературный отпуск, то есть вся сварка помещается в нагревательную печь, медленно нагревается до определенной температуры, затем выдерживается в течение определенного периода времени и, наконец, охлаждается на воздухе или в печи.
Таким образом можно устранить 80%-90% сварочного напряжения.Другим методом является локальный высокотемпературный отпуск, то есть только нагрев сварного шва и окружающей его области, а затем медленное охлаждение, снижающее пиковое значение сварочного напряжения, делающее распределение напряжения относительно плоским и частично устраняющее сварочное напряжение.
После сварки некоторых материалов из легированной стали в их сварных соединениях появится затвердевшая структура, что приведет к ухудшению механических свойств материала.Кроме того, такая упрочненная структура может привести к разрушению соединения под действием сварочных напряжений и водорода.После термической обработки улучшается металлографическая структура соединения, повышаются пластичность и ударная вязкость сварного соединения, улучшаются комплексные механические свойства сварного соединения.
Обработка дегидрированием заключается в поддержании тепла в течение определенного периода времени в диапазоне температур нагрева от 300 до 400 градусов.Цель состоит в том, чтобы ускорить выход водорода из сварного соединения, а эффект от дегидрирования лучше, чем от низкотемпературного последующего нагрева.
Послесварочная и послесварочная термическая обработка, своевременная послесварочная послесварочная и дегидрирующая обработка являются одним из эффективных мероприятий по предотвращению образования холодных трещин при сварке.Водородные трещины, вызванные накоплением водорода при многопроходной и многослойной сварке толстых листов, следует обрабатывать 2-3 промежуточными обработками по удалению водорода.
Рассмотрение термической обработки при проектировании сосудов под давлением
Учет термической обработки при проектировании сосудов под давлением Термическая обработка, как традиционный и эффективный метод улучшения и восстановления свойств металла, всегда была относительно слабым звеном при проектировании и изготовлении сосудов под давлением.
Сосуды под давлением включают четыре типа термической обработки:
Послесварочная термическая обработка (термообработка для снятия напряжений);термическая обработка для улучшения свойств материала;термическая обработка для восстановления свойств материала;послесварочная обработка для удаления водорода.Основное внимание здесь уделяется обсуждению вопросов, связанных с термической обработкой после сварки, которая широко используется при проектировании сосудов под давлением.
1. Нуждается ли сосуд высокого давления из аустенитной нержавеющей стали в термообработке после сварки?Термическая обработка после сварки заключается в использовании снижения предела текучести металлического материала при высокой температуре для создания пластического течения в месте высокого напряжения, чтобы достичь цели устранения остаточного напряжения сварки, а также в В то же время можно улучшить пластичность и ударную вязкость сварных соединений и зоны термического влияния, а также улучшить способность противостоять коррозии под напряжением.Этот метод снятия напряжения широко используется в сосудах высокого давления из углеродистой и низколегированной стали с объемно-центрированной кубической кристаллической структурой.
Кристаллическая структура аустенитной нержавеющей стали имеет кубическую гранецентрированную форму.Поскольку металлический материал с гранецентрированной кубической кристаллической структурой имеет больше плоскостей скольжения, чем объемно-центрированная кубическая структура, он обладает хорошей ударной вязкостью и свойствами упрочнения при деформации.
Кроме того, при проектировании сосудов под давлением нержавеющая сталь часто выбирается по двум причинам: защита от коррозии и соблюдение особых температурных требований.Кроме того, нержавеющая сталь стоит дорого по сравнению с углеродистой и низколегированной сталью, поэтому толщина ее стенки будет не очень большой.толстый.
Поэтому, учитывая безопасность нормальной эксплуатации, нет необходимости в требованиях к термообработке после сварки для сосудов высокого давления из аустенитной нержавеющей стали.
Что касается коррозии из-за использования, нестабильность материала, например износ, вызванный ненормальными условиями эксплуатации, такими как усталость, ударная нагрузка и т. д., трудно учитывать в традиционной конструкции.Если такие ситуации существуют, соответствующий научный и технический персонал (например, отделы проектирования, использования, научных исследований и другие соответствующие подразделения) должен провести углубленные исследования, сравнительные эксперименты и разработать осуществимый план термообработки, чтобы гарантировать, что всесторонний эксплуатационные характеристики сосуда под давлением не ухудшаются.
В противном случае, если необходимость и возможность термической обработки сосудов под давлением из аустенитной нержавеющей стали не учитываются в полной мере, часто нецелесообразно просто предъявлять требования к термической обработке аустенитной нержавеющей стали по аналогии с углеродистой и низколегированной сталью.
В действующем стандарте требования к термической обработке после сварки сосудов высокого давления из аустенитной нержавеющей стали довольно расплывчаты.В GB150 оговорено: «Если на чертежах не указано иное, холоднодеформированные головки из аустенитной нержавеющей стали не должны подвергаться термической обработке».
Что касается того, проводится ли термообработка в других случаях, это может варьироваться в зависимости от понимания разных людей.В GB150 указано, что контейнер и его компоненты, работающие под давлением, соответствуют одному из следующих условий и должны быть подвергнуты термообработке.Второй и третий пункты: «Емкости с коррозией под напряжением, такие как емкости, содержащие сжиженный нефтяной газ, жидкий аммиак и т. д.».и «Контейнеры, содержащие чрезвычайно или высокотоксичные среды».
В нем только оговорено: «Если иное не указано в чертежах, сварные соединения аустенитных нержавеющих сталей термической обработке не подлежат».
С уровня стандартного выражения это требование следует понимать в основном для различных ситуаций, перечисленных в первом пункте.Вышеупомянутые вторая и третья ситуации не обязательно могут быть включены.
Таким образом, требования к послесварочной термообработке сосудов под давлением из аустенитной нержавеющей стали могут быть выражены более полно и точно, чтобы разработчики могли решить, следует ли и как проводить термообработку сосудов под давлением из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с реальной ситуацией.
В статье 74 99-го издания «Правил вместимости» четко сказано: «Сосуды под давлением из аустенитной нержавеющей стали или цветных металлов, как правило, не требуют термической обработки после сварки.Если для особых требований требуется термическая обработка, это должно быть указано на чертеже».
2. Термическая обработка контейнеров из листовой стали, плакированной взрывоопасной нержавеющей сталью. Стальные пластины из взрывчатой стали, плакированной нержавеющей сталью, все более и более широко используются в производстве сосудов под давлением из-за их превосходной коррозионной стойкости, идеального сочетания механической прочности и разумной стоимости.Вопросы термообработки также должны быть доведены до сведения проектировщиков сосудов высокого давления.
Технический показатель, которому разработчики сосудов под давлением обычно придают большое значение для композитных панелей, - это скорость склеивания, в то время как термическая обработка композитных панелей часто считается очень незначительной или должна учитываться соответствующими техническими стандартами и производителями.Процесс дробеструйной обработки металлических композитных панелей, по сути, представляет собой процесс приложения энергии к металлической поверхности.
Под действием высокоскоростного импульса композиционный материал косо сталкивается с основным материалом, а в состоянии металлической струи между плакированным металлом и основным металлом образуется зигзагообразная композитная граница раздела для обеспечения связи между атомами.
Основной металл после обработки взрывом фактически подвергается процессу деформационного упрочнения.
В результате предел прочности σb увеличивается, показатель пластичности снижается, а значение предела текучести σs не является очевидным.Будь то сталь серии Q235 или 16MnR, после обработки взрывом и последующего испытания ее механических свойств все они демонстрируют вышеупомянутое явление упрочнения деформации.В связи с этим как пластина, плакированная титановой сталью, так и пластина, плакированная никелевой сталью, требуют, чтобы плакированная пластина подвергалась термической обработке для снятия напряжения после взрывного компаундирования.
В 99-м издании «измерителя емкости» также есть четкие нормы на этот счет, но для взрывчатой композитной плиты из аустенитной нержавеющей стали таких норм нет.
В действующих соответствующих технических стандартах вопрос о том, следует ли и каким образом подвергать термической обработке пластину из аустенитной нержавеющей стали после обработки взрывом, является относительно расплывчатым.
GB8165-87 «Стальной лист, плакированный нержавеющей сталью» предусматривает: «По соглашению между поставщиком и покупателем он также может поставляться в горячекатаном состоянии или в термически обработанном состоянии».Поставляется для выравнивания, обрезки или резки.По запросу композитная поверхность может быть протравлена, пассивирована или отполирована, а также может поставляться в термообработанном состоянии».
Там нет упоминания о том, как выполняется термообработка.Основной причиной такой ситуации по-прежнему является упомянутая выше проблема сенсибилизированных областей, где аустенитная нержавеющая сталь вызывает межкристаллитную коррозию.
GB8547-87 «Плакированная пластина из титановой стали» предусматривает, что система термообработки для снятия напряжения с пластины из титановой стали: 540 ℃ ± 25 ℃, сохранение тепла в течение 3 часов.И эта температура как раз находится в диапазоне температур сенсибилизации аустенитной нержавеющей стали (400–850 ℃).
Поэтому трудно дать четкие регламенты термообработки взрывчатых композиционных листов аустенитной нержавеющей стали.В связи с этим наши проектировщики сосудов высокого давления должны иметь четкое представление, уделять достаточное внимание и принимать соответствующие меры.
Прежде всего, 1Х18Н9Т не следует применять для плакированных нержавеющих сталей, поскольку по сравнению с низкоуглеродистой аустенитной нержавеющей сталью 0Х18Н9 содержание углерода в ней выше, выше вероятность возникновения сенсибилизации и снижена стойкость к межкристаллитной коррозии.
Кроме того, при эксплуатации корпуса и днища сосуда под давлением из взрывоопасной композитной аустенитной нержавеющей стали в суровых условиях, таких как: высокое давление, перепады давления, чрезвычайно и особо опасные среды, следует использовать 00Cr17Ni14Mo2.Сверхнизкоуглеродистые аустенитные нержавеющие стали сводят к минимуму возможность сенсибилизации.
Требования к термообработке композитных панелей должны быть четко сформулированы, а система термообработки должна быть определена в консультации с соответствующими сторонами, чтобы достичь цели, чтобы основной материал имел определенный запас пластичности, а композитный материал имел требуемая коррозионная стойкость.
3. Можно ли заменить общую термообработку оборудования другими методами?Из-за ограничений условий производителя и учета экономических интересов многие люди изучили другие методы замены общей термической обработки сосудов под давлением.Хотя эти исследования полезны и ценны, но в настоящее время они также не заменяют общую термическую обработку сосудов под давлением.
Требования к интегральной термообработке не были смягчены действующими в настоящее время стандартами и процедурами.Среди различных альтернатив общей термической обработке наиболее типичными являются: местная термическая обработка, ударный метод для устранения остаточных сварочных напряжений, взрывной метод для устранения сварочных остаточных напряжений и вибрационный метод, метод горячей водяной ванны и т. д.
Частичная термическая обработка: Предусмотрено в 10.4.5.3 ГБ150-1998 «Стальные сосуды под давлением»: «Сварные соединения В, С, D, сварные соединения типа А, соединяющие сферическую головку и цилиндр, и дефектные сварные ремонтные детали допускаются к использованию. частичная термообработка.Метод термической обработки».Это положение означает, что метод местной термической обработки не допускается для сварного шва класса А на цилиндре, то есть: все оборудование не может использовать метод локальной термической обработки, одна из причин заключается в том, что остаточное напряжение сварки не может быть ликвидируется симметрично.
Метод ковки устраняет остаточное сварочное напряжение: то есть посредством ручной ковки на поверхность сварного соединения накладывается напряжение расслоения, тем самым частично компенсируя неблагоприятное влияние остаточного растягивающего напряжения.
В принципе, этот метод оказывает определенное ингибирующее действие на предотвращение коррозионного растрескивания под напряжением.
Однако, поскольку в процессе практической эксплуатации отсутствуют количественные показатели и более строгие рабочие процедуры, а проверочная работа для сравнения и использования недостаточна, она не была принята действующим стандартом.
Метод взрыва для устранения остаточных сварочных напряжений: взрывчатое вещество специально изготавливается в виде ленты, а внутренняя стенка оборудования наклеивается на поверхность сварного соединения.Механизм такой же, как у молоткового метода, для устранения остаточных сварочных напряжений.
Говорят, что этот метод может компенсировать некоторые недостатки метода ковки для устранения остаточных сварочных напряжений.Однако на некоторых установках применялась общая термическая обработка и метод взрыва для устранения остаточных сварочных напряжений на двух резервуарах для хранения СУГ в одинаковых условиях.Спустя годы осмотр при вскрытии резервуара показал, что сварные швы первого целы, а сварные швы резервуара-накопителя, остаточное напряжение которого было устранено методом взрыва, имели множество трещин.Таким образом, некогда популярный метод взрыва для устранения остаточных сварочных напряжений работает бесшумно.
Существуют и другие методы снятия остаточного напряжения при сварке, которые по разным причинам не были приняты в производстве сосудов высокого давления.Одним словом, общая послесварочная термообработка сосудов под давлением (в том числе подтермическая обработка в печи) имеет недостатки, заключающиеся в высоком потреблении энергии и длительном цикле, а в реальной эксплуатации сталкивается с различными трудностями из-за таких факторов, как структура сосуда под давлением, но это все еще текущая промышленность сосудов под давлением.Единственный приемлемый во всех отношениях метод устранения остаточных сварочных напряжений.
Время публикации: 25 июля 2022 г.