Övervägande av värmebehandling i tryckkärlsdesign

Svetsning av viktiga komponenter, svetsning av legerat stål och svetsning av tjocka delar kräver alla förvärmning före svetsning.Huvudfunktionerna för förvärmning före svetsning är följande:

(1) Förvärmning kan sänka nedkylningshastigheten efter svetsning, vilket bidrar till att diffunderbart väte läcker ut i svetsmetallen och undviker väte-inducerade sprickor.Samtidigt reduceras graden av härdning av svetsen och den värmepåverkade zonen, och sprickmotståndet hos den svetsade fogen förbättras.

(2) Förvärmning kan minska svetsspänningen.Enhetlig lokal förvärmning eller övergripande förvärmning kan minska temperaturskillnaden (även känd som temperaturgradient) mellan arbetsstyckena som ska svetsas i svetsområdet.På så sätt minskas å ena sidan svetsspänningen och å andra sidan minskar svetstöjningshastigheten, vilket är fördelaktigt för att undvika svetssprickor.

(3) Förvärmning kan minska begränsningen av den svetsade strukturen, särskilt begränsningen av kälfogen.Med ökningen av förvärmningstemperaturen minskar förekomsten av sprickor.

Valet av förvärmningstemperatur och interpass-temperatur är inte bara relaterat till stålets och elektrodens kemiska sammansättning, utan också till styvheten hos den svetsade strukturen, svetsmetod, omgivningstemperatur etc., vilket bör bestämmas efter omfattande övervägande av dessa faktorer.

Dessutom har enhetligheten hos förvärmningstemperaturen i stålplåtens tjockleksriktning och enhetligheten i svetszonen en viktig inverkan på att minska svetsspänningen.Bredden på lokal förvärmning bör bestämmas i enlighet med begränsningen av arbetsstycket som ska svetsas.Generellt bör den vara tre gånger väggtjockleken runt svetsområdet, och bör inte vara mindre än 150-200 mm.Om förvärmningen inte är enhetlig, kommer det att öka svetsspänningen istället för att minska svetsspänningen.

Det finns tre syften med värmebehandling efter svets: att eliminera väte, eliminera svetsspänningar, förbättra svetsstrukturen och övergripande prestanda.

Dehydreringsbehandling efter svetsning avser den lågtemperaturvärmebehandling som utförs efter att svetsningen är klar och svetsen inte har kylts till under 100 °C.Den allmänna specifikationen är att värma till 200 ~ 350 ℃ och hålla den i 2-6 timmar.Huvudfunktionen för väteelimineringsbehandling efter svets är att påskynda utsläppet av väte i den svets- och värmepåverkade zonen, vilket är extremt effektivt för att förhindra svetssprickor under svetsning av låglegerade stål.

Under svetsprocessen, på grund av ojämnheten av uppvärmning och kylning, och begränsningen eller extern begränsning av själva komponenten, kommer svetsspänningar alltid att genereras i komponenten efter att svetsarbetet är avslutat.Förekomsten av svetsspänning i komponenten kommer att minska den faktiska bärigheten för det svetsade fogområdet, orsaka plastisk deformation och till och med leda till skada på komponenten i allvarliga fall.

Stressavlastande värmebehandling är att minska sträckgränsen för det svetsade arbetsstycket vid hög temperatur för att uppnå syftet att slappna av svetsspänningen.Det finns två vanliga metoder: den ena är den övergripande högtemperaturhärdningen, det vill säga att hela svetsen sätts in i värmeugnen, värms långsamt upp till en viss temperatur, hålls sedan under en tid och kyls slutligen i luften eller i ugnen.

På så sätt kan 80%-90% av svetsspänningen elimineras.En annan metod är lokal högtemperaturhärdning, det vill säga att endast värma svetsen och dess omgivande område, och sedan långsamt kyla, vilket minskar toppvärdet för svetsspänningen, gör spänningsfördelningen relativt platt och delvis eliminerar svetsspänningen.

Efter att vissa legerat stålmaterial har svetsats, kommer deras svetsfogar att se härdad struktur, vilket kommer att försämra materialets mekaniska egenskaper.Dessutom kan denna härdade struktur leda till förstörelse av fogen under inverkan av svetsspänning och väte.Efter värmebehandling förbättras fogens metallografiska struktur, den svetsade fogens plasticitet och seghet förbättras och de omfattande mekaniska egenskaperna hos den svetsade fogen förbättras.

Dehydreringsbehandling är att hålla värmen under en tidsperiod inom uppvärmningstemperaturområdet 300 till 400 grader.Syftet är att påskynda utsläppet av väte i svetsfogen, och effekten av dehydreringsbehandling är bättre än effekten av eftervärmning vid låg temperatur.

Eftersvetsning och eftersvetsvärmebehandling, snabb eftervärmning och dehydreringsbehandling efter svetsning är en av de effektiva åtgärderna för att förhindra kalla sprickor vid svetsning.Väte-inducerade sprickor orsakade av ackumulering av väte vid flerstegs- och flerskiktssvetsning av tjocka plåtar bör behandlas med 2 till 3 mellanliggande väteborttagningsbehandlingar.

Övervägande av värmebehandling i tryckkärlsdesign

Övervägande av värmebehandling i tryckkärlsdesign Värmebehandling, som en traditionell och effektiv metod för att förbättra och återställa metallegenskaper, har alltid varit en relativt svag länk vid konstruktion och tillverkning av tryckkärl.

Tryckkärl involverar fyra typer av värmebehandlingar:

Värmebehandling efter svets (avspänningsavlastande värmebehandling);värmebehandling för att förbättra materialegenskaper;värmebehandling för att återställa materialegenskaper;väteelimineringsbehandling efter svetsning.Fokus här är att diskutera frågor relaterade till eftersvetsvärmebehandling, som används flitigt vid konstruktion av tryckkärl.

1. Behöver det austenitiska tryckkärlet av rostfritt stål värmebehandling efter svetsning?Värmebehandlingen efter svetsning är att använda minskningen av sträckgränsen för metallmaterialet vid hög temperatur för att generera plastflöde på den plats där spänningen är hög, för att uppnå syftet att eliminera restspänningar vid svetsning, och vid samtidigt kan förbättra plasticiteten och segheten hos svetsfogar och värmepåverkade zoner och förbättra förmågan att motstå spänningskorrosion.Denna stressavlastningsmetod används ofta i kolstål, låglegerade ståltryckkärl med kroppscentrerad kubisk kristallstruktur.

Kristallstrukturen i austenitiskt rostfritt stål är kubisk med ansiktscentrerad yta.Eftersom metallmaterialet i den ansiktscentrerade kubiska kristallstrukturen har fler glidplan än den kroppscentrerade kuben, uppvisar den goda seghet och töjningsförstärkande egenskaper.

Dessutom, vid utformningen av tryckkärl, väljs ofta rostfritt stål för de två syftena att motverka korrosion och uppfylla de speciella kraven på temperatur.Dessutom är rostfritt stål dyrt jämfört med kolstål och låglegerat stål, så dess väggtjocklek blir inte särskilt hög.tjock.

Därför, med tanke på säkerheten vid normal drift, finns det inget behov av eftersvetsvärmebehandlingskrav för austenitiska tryckkärl av rostfritt stål.

När det gäller korrosion på grund av användning är materialinstabilitet, såsom försämring orsakad av onormala driftsförhållanden såsom utmattning, stötbelastning, etc., svår att överväga i konventionell design.Om dessa situationer föreligger behöver relevant vetenskaplig och teknisk personal (såsom: design, användning, vetenskaplig forskning och andra relevanta enheter) genomföra djupgående forskning, jämförande experiment och komma med en genomförbar värmebehandlingsplan för att säkerställa att den heltäckande serviceprestandan för tryckkärlet påverkas inte.

Annars, om behovet och möjligheten av värmebehandling för tryckkärl av austenitiskt rostfritt stål inte övervägs fullt ut, är det ofta omöjligt att helt enkelt ställa värmebehandlingskrav för austenitiskt rostfritt stål i analogi med kolstål och låglegerat stål.

I den nuvarande standarden är kraven för eftersvetsvärmebehandling av austenitiska tryckkärl av rostfritt stål ganska vaga.Det föreskrivs i GB150: "Om inget annat anges på ritningarna får kallformade austenitiska rostfria stålhuvuden inte värmebehandlas".

När det gäller om värmebehandling utförs i andra fall kan det variera beroende på hur olika personer förstår.Det föreskrivs i GB150 att behållaren och dess tryckkomponenter uppfyller ett av följande villkor och bör värmebehandlas.Den andra och tredje punkten är: "Behållare med spänningskorrosion, såsom behållare som innehåller flytande petroleumgas, flytande ammoniak, etc."och "Behållare som innehåller extremt eller mycket giftiga medier".

Det står endast i den: "Om inte annat anges på ritningarna får svetsfogarna av austenitiskt rostfritt stål inte värmebehandlas".

Ur standarduttrycksnivån bör detta krav förstås som huvudsakligen för de olika situationer som anges i den första punkten.Ovannämnda andra och tredje situationer behöver inte nödvändigtvis inkluderas.

På så sätt kan kraven för eftersvetsvärmebehandling av austenitiska tryckkärl av rostfritt stål uttryckas mer heltäckande och exakt, så att konstruktörer kan bestämma om och hur värmebehandling av austenitiska tryckkärl av rostfritt stål enligt den faktiska situationen.

Artikel 74 i den 99:e upplagan av "Capacity Regulations" säger tydligt: ​​"Austenitiska tryckkärl av rostfritt stål eller icke-järnmetaller kräver i allmänhet inte värmebehandling efter svetsning.Om värmebehandling krävs för särskilda behov ska det anges på ritningen.”

2. Värmebehandling av explosiva rostfria stålplåtsbehållare Explosiva rostfria stålplåtar används mer och mer allmänt i tryckkärlsindustrin på grund av deras utmärkta korrosionsbeständighet, perfekta kombination av mekanisk styrka och rimlig kostnadsprestanda.Värmebehandlingsfrågor bör också uppmärksammas av konstruktörer av tryckkärl.

Det tekniska index som konstruktörer av tryckkärl vanligtvis fäster vikt vid för kompositpaneler är dess bindningshastighet, medan värmebehandlingen av kompositpaneler ofta anses vara mycket liten eller bör beaktas av relevanta tekniska standarder och tillverkare.Processen att spränga metallkompositpaneler är i huvudsak processen att applicera energi på metallytan.

Under verkan av höghastighetspuls kolliderar kompositmaterialet med basmaterialet snett, och i tillståndet av metallstråle bildas en sicksack-kompositgränsyta mellan den pläterade metallen och basmetallen för att uppnå bindningen mellan atomerna.

Basmetallen efter explosionsbearbetning utsätts faktiskt för en töjningsförstärkande process.

Som ett resultat ökar draghållfastheten σb, plasticitetsindexet minskar och sträckgränsvärdet σs är inte uppenbart.Oavsett om det är stål i Q235-serien eller 16MnR, efter explosionsbearbetning och sedan testning av dess mekaniska egenskaper, visar alla ovanstående töjningsförstärkningsfenomen.I detta avseende kräver både den beklädda plåten av titanstål och den beklädda plåten av nickelstål att den beklädda plåten utsätts för spänningsavlastande värmebehandling efter explosiv blandning.

Den 99:e upplagan av ”kapacitetsmätaren” har också tydliga bestämmelser om detta, men inga sådana bestämmelser görs för den explosiva kompositen austenitiska rostfria stålplåten.

I de aktuella relevanta tekniska standarderna är frågan om och hur man värmebehandlar den austenitiska rostfria stålplåten efter explosionsbearbetning relativt vag.

GB8165-87 "Stainless Steel Clad Steel Plate" föreskriver: "Enligt avtalet mellan leverantören och köparen kan den även levereras i varmvalsat tillstånd eller värmebehandlat tillstånd."Levereras för utjämning, trimning eller kapning.På begäran kan kompositytan betas, passiveras eller poleras och kan även levereras i värmebehandlat skick.”

Det nämns inte hur värmebehandlingen går till.Huvudorsaken till denna situation är fortfarande det ovannämnda problemet med sensibiliserade områden där austenitiskt rostfritt stål producerar intergranulär korrosion.

GB8547-87 "Titan-stålklädd plåt" stipulerar att värmebehandlingssystemet för spänningsavlastande värmebehandling av titan-stålklädd plåt är: 540 ℃ ± 25 ℃, värmekonservering i 3 timmar.Och denna temperatur ligger precis inom sensibiliseringstemperaturintervallet för austenitiskt rostfritt stål (400℃–850℃).

Därför är det svårt att ge tydliga regler för värmebehandling av explosiva komposit austenitiska rostfria stålplåtar.I detta avseende måste våra konstruktörer av tryckkärl ha en klar förståelse, vara tillräckligt uppmärksam och vidta motsvarande åtgärder.

Först och främst bör 1Cr18Ni9Ti inte användas för pläterat rostfritt stål, för jämfört med austenitiskt rostfritt stål 0Cr18Ni9 med låg kolhalt är dess kolinnehåll högre, sensibilisering är mer sannolikt och dess motståndskraft mot intergranulär korrosion minskar.

Dessutom, när tryckkärlets skal och huvud av explosiv komposit austenitisk rostfri stålplåt används under svåra förhållanden, såsom: högt tryck, tryckfluktuationer och extremt och mycket farliga medier, bör 00Cr17Ni14Mo2 användas.Austenitiska rostfria stål med mycket låg kolhalt minimerar risken för sensibilisering.

Värmebehandlingskraven för kompositpaneler bör tydligt presenteras, och värmebehandlingssystemet bör fastställas i samråd med berörda parter, för att uppnå syftet att basmaterialet har en viss mängd plastreserv och kompositmaterialet har erforderlig korrosionsbeständighet.

3. Kan andra metoder användas för att ersätta den totala värmebehandlingen av utrustningen?På grund av begränsningarna i tillverkarens villkor och hänsyn till ekonomiska intressen har många människor utforskat andra metoder för att ersätta den övergripande värmebehandlingen av tryckkärl.Även om dessa undersökningar är fördelaktiga och värdefulla, men för närvarande är det inte heller en ersättning för den övergripande värmebehandlingen av tryckkärl.

Kraven för integrerad värmebehandling har inte mildrats i gällande standarder och procedurer.Bland de olika alternativen till den övergripande värmebehandlingen är de mer typiska: lokal värmebehandling, slagmetod för att eliminera svetsrestspänning, explosionsmetod för att eliminera svetsrestspänning och vibrationsmetod, varmvattenbadmetod, etc.

Partiell värmebehandling: Det föreskrivs i 10.4.5.3 i GB150-1998 "Ståltryckkärl": "B, C, D svetsfogar, A-typ svetsade fogar som förbinder det sfäriska huvudet och cylindern och defekta svetsreparationsdelar är tillåtna att använda partiell värmebehandling.Värmebehandlingsmetod.”Denna förordning innebär att den lokala värmebehandlingsmetoden inte är tillåten för klass A-svetsen på cylindern, det vill säga: hela utrustningen får inte använda den lokala värmebehandlingsmetoden, en av anledningarna är att svetsrestspänningen inte kan vara elimineras symmetriskt.

Hammarmetoden eliminerar restspänningar vid svetsning: det vill säga genom manuell hamring läggs en lamineringspåkänning på ytan av svetsfogen, vilket delvis uppväger den negativa effekten av kvarvarande dragspänning.

I princip har denna metod en viss hämmande effekt för att förhindra spänningskorrosionssprickor.

Men eftersom det inte finns några kvantitativa indikatorer och strängare driftsprocedurer i den praktiska driftprocessen, och verifieringsarbetet för jämförelse och användning inte är tillräckligt, har det inte antagits av den nuvarande standarden.

Explosionsmetod för att eliminera restspänningar från svetsning: Sprängämnet är speciellt tillverkat i en tejpform och utrustningens innervägg sitter fast på ytan av svetsfogen.Mekanismen är densamma som hammarmetoden för att eliminera kvarvarande svetsspänning.

Det sägs att denna metod kan kompensera för några av bristerna med hammarmetoden för att eliminera kvarvarande svetsspänning.Vissa enheter har dock använt den övergripande värmebehandlingen och explosionsmetoden för att eliminera kvarvarande svetsspänning på två gasollagringstankar med samma förhållanden.Flera år senare fann inspektionen av tanköppningen att de svetsade fogarna i den förstnämnda var intakta, medan de svetsade fogarna i lagringstanken vars restspänning eliminerades genom explosionsmetoden visade många sprickor.På så sätt är den en gång så populära explosionsmetoden för att eliminera kvarvarande svetsspänning tyst.

Det finns andra metoder för att svetsa restspänningsavlastning, som av olika anledningar inte har accepterats av tryckkärlsindustrin.Med ett ord, den övergripande värmebehandlingen efter svetsning av tryckkärl (inklusive undervärmebehandling i ugnen) har nackdelarna med hög energiförbrukning och lång cykeltid, och den möter olika svårigheter i verklig drift på grund av faktorer som t.ex. tryckkärlets struktur, men det är fortfarande den nuvarande tryckkärlsindustrin.Den enda metoden för att eliminera kvarvarande svetsspänning som är acceptabel i alla avseenden.