Розгляд термічної обробки в конструкції посудин під тиском

Зварювання важливих компонентів, зварювання легованої сталі та зварювання товстих деталей потребують попереднього нагріву перед зварюванням.Основні функції попереднього підігріву перед зварюванням такі:

(1) Попереднє нагрівання може уповільнити швидкість охолодження після зварювання, що сприяє виходу дифузійного водню в метал шва та запобігає виникненню тріщин, спричинених воднем.При цьому знижується ступінь зміцнення зварного шва і зони термічного впливу, підвищується тріщиностійкість зварного з'єднання.

(2) Попереднє нагрівання може зменшити навантаження під час зварювання.Рівномірний локальний попередній нагрів або загальний попередній нагрів може зменшити різницю температур (також відому як температурний градієнт) між заготовками, які зварюються, у зоні зварювання.Таким чином, з одного боку, зменшується напруга під час зварювання, а з іншого боку, зменшується швидкість зварювання, що сприяє уникненню зварювальних тріщин.

(3) Попереднє нагрівання може зменшити обмеження зварної конструкції, особливо обмеження кутового з’єднання.Зі збільшенням температури попереднього нагріву кількість тріщин зменшується.

Вибір температури попереднього нагріву та міжпрохідної температури пов’язаний не тільки з хімічним складом сталі та електроду, але також із жорсткістю зварної конструкції, методом зварювання, температурою навколишнього середовища тощо, які слід визначати після всебічного розгляду цих фактори.

Крім того, рівномірність температури попереднього нагріву в напрямку товщини сталевого листа та рівномірність у зоні зварювання мають важливий вплив на зниження зварювального напруження.Ширину місцевого попереднього нагрівання слід визначати відповідно до обмеження заготовки, що зварюється.Як правило, вона повинна в три рази перевищувати товщину стінки навколо зони зварювання і не повинна бути менше 150-200 мм.Якщо попередній нагрів не є рівномірним, замість того, щоб зменшити напругу зварювання, він збільшить напругу зварювання.

Термічна обробка після зварювання має три мети: усунення водню, усунення зварювального стресу, покращення структури зварного шва та загальних характеристик.

Обробка дегідруванням після зварювання відноситься до низькотемпературної термічної обробки, яка виконується після того, як зварювання завершено, а зварний шов не охолоджується нижче 100 °C.Загальна специфікація полягає в нагріванні до 200 ~ 350 ℃ і витриманні протягом 2-6 годин.Основною функцією післязварювальної елімінаційної обробки воднем є прискорення виходу водню в зварному шві та зоні термічного впливу, що надзвичайно ефективно для запобігання зварювальних тріщин під час зварювання низьколегованих сталей.

Під час процесу зварювання, через нерівномірність нагрівання та охолодження, а також обмеження або зовнішнє обмеження самого компонента, зварювальне напруження завжди буде створюватися в компоненті після завершення зварювальних робіт.Існування зварювальних напруг у компоненті зменшить фактичну несучу здатність області зварного з’єднання, спричинить пластичну деформацію та навіть призведе до пошкодження компонента у важких випадках.

Термічна обробка для зняття напруги полягає в зниженні межі текучості зварної заготовки при високій температурі для досягнення мети послаблення напруги зварювання.Існує два широко використовувані методи: один - це загальний високотемпературний відпуск, тобто вся зварна продукція поміщається в нагрівальну піч, повільно нагрівається до певної температури, потім витримується певний час і, нарешті, охолоджується на повітрі або в печі.

Таким чином можна усунути 80%-90% зварювального стресу.Іншим методом є локальний високотемпературний відпуск, тобто лише нагрівання зварного шва та його навколишньої області, а потім повільне охолодження, зниження пікового значення зварювального напруги, роблячи розподіл напруги відносно плоским і частково усуваючи зварювальне напруження.

Після зварювання деяких матеріалів з легованої сталі їх зварні з’єднання з’являться затверділою структурою, що погіршить механічні властивості матеріалу.Крім того, така зміцнена структура може призвести до руйнування з'єднання під дією зварювальних напруг і водню.Після термічної обробки поліпшується металографічна структура з'єднання, підвищується пластичність і в'язкість зварного з'єднання, а також комплексні механічні властивості зварного з'єднання.

Обробка дегідрування полягає у підтриманні тепла протягом певного періоду часу в діапазоні температур нагрівання від 300 до 400 градусів.Мета полягає в тому, щоб прискорити вихід водню у зварному з’єднанні, а ефект обробки дегідруванням є кращим, ніж ефект низькотемпературного пост-нагріву.

Післязварювальна і післязварювальна термічна обробка, своєчасна донагрівання і дегідрування після зварювання є одними з ефективних заходів запобігання холодних тріщин при зварюванні.Тріщини, викликані воднем, спричинені накопиченням водню під час багатопрохідного та багатошарового зварювання товстих листів, слід обробити 2–3 проміжними процедурами видалення водню.

Розгляд термічної обробки в конструкції посудин під тиском

Розгляд термічної обробки при проектуванні посудин під тиском. Термічна обробка, як традиційний і ефективний метод покращення та відновлення властивостей металу, завжди була відносно слабкою ланкою в проектуванні та виробництві посудин під тиском.

Посудини під тиском включають чотири види термічної обробки:

Термічна обробка після зварювання (термічна обробка для зняття напруги);термообробка для поліпшення властивостей матеріалу;термообробка для відновлення властивостей матеріалу;післязварювальна обробка усунення водню.Основна увага тут зосереджена на обговоренні питань, пов’язаних з термічною обробкою після зварювання, яка широко використовується в конструкції посудин під тиском.

1. Чи потрібна термообробка після зварювання посудині під тиском з аустенітної нержавіючої сталі?Термічна обробка після зварювання полягає у використанні зниження межі текучості металевого матеріалу при високій температурі для створення пластичного потоку в місці, де напруга висока, щоб досягти мети усунення залишкової напруги під час зварювання та при той же час може покращити пластичність і міцність зварних з'єднань і зони теплового впливу, а також покращити здатність протистояти корозії під напругою.Цей метод зняття напруги широко використовується в посудинах під тиском з вуглецевої сталі та низьколегованої сталі з об’ємно-центрованою кубічною кристалічною структурою.

Кристалічна структура аустенітної нержавіючої сталі гранецентрована кубічна.Оскільки металевий матеріал гранецентрованої кубічної кристалічної структури має більше площин ковзання, ніж об’ємноцентрована кубічна структура, він демонструє хорошу в’язкість і властивості посилення деформації.

Крім того, у конструкції посудин під тиском нержавіюча сталь часто вибирається для двох цілей: для захисту від корозії та відповідності особливим вимогам до температури.Крім того, нержавіюча сталь дорога в порівнянні з вуглецевою і низьколегованою сталлю, тому товщина її стінки буде не дуже високою.товстий.

Тому, враховуючи безпеку нормальної експлуатації, немає необхідності встановлювати вимоги до термообробки після зварювання для посудин під тиском з аустенітної нержавіючої сталі.

Що стосується корозії внаслідок використання, нестабільність матеріалу, таку як погіршення, спричинене ненормальними умовами експлуатації, такими як втома, ударне навантаження тощо, важко врахувати у звичайній конструкції.Якщо такі ситуації існують, відповідний науковий і технічний персонал (наприклад, підрозділи проектування, використання, наукових досліджень та інші відповідні підрозділи) повинні провести поглиблені дослідження, порівняльні експерименти та розробити здійсненний план термічної обробки, щоб забезпечити комплексний експлуатаційні характеристики посудини під тиском не впливають.

В іншому випадку, якщо необхідність і можливість термообробки для посудин під тиском з аустенітної нержавіючої сталі не враховані повністю, часто неможливо просто встановити вимоги до термічної обробки для аустенітної нержавіючої сталі за аналогією з вуглецевою та низьколегованою сталлю.

У поточному стандарті вимоги до термічної обробки після зварювання посудин під тиском з аустенітної нержавіючої сталі досить розпливчасті.У GB150 зазначено: «Якщо інше не зазначено на кресленнях, холодноформовані головки з аустенітної нержавіючої сталі не можуть піддаватися термічній обробці».

Що стосується того, чи проводиться теплова обробка в інших випадках, то вона може відрізнятися в залежності від розуміння різних людей.У GB150 передбачено, що контейнер і його компоненти під тиском відповідають одній із наступних умов і повинні пройти термічну обробку.Другий і третій пункти: «Котейнери зі стресовою корозією, такі як контейнери, що містять скраплений нафтовий газ, рідкий аміак тощо».та «Контейнери, що містять надзвичайно або високотоксичні середовища».

У ньому лише обумовлено: «Зварні з'єднання аустенітної нержавіючої сталі не підлягають термічній обробці, якщо на кресленнях не зазначено інше».

З рівня стандартного вираження цю вимогу слід розуміти як в основному для різних ситуацій, перелічених у першому пункті.Вищезазначені друга і третя ситуації не обов’язково можуть бути включені.

Таким чином, вимоги до термічної обробки після зварювання посудин під тиском з аустенітної нержавіючої сталі можуть бути виражені більш вичерпно та точно, щоб розробники могли вирішити, чи проводити термічну обробку посудин під тиском з аустенітної нержавіючої сталі та як це робити відповідно до фактичної ситуації.

Стаття 74 99-ї редакції «Положення про ємність» чітко говорить: «Посудини під тиском з аустенітної нержавіючої сталі або кольорових металів, як правило, не вимагають термічної обробки після зварювання.Якщо для особливих вимог потрібна термічна обробка, це має бути зазначено на кресленні».

2. Термічна обробка вибухонебезпечних сталевих пластин, покритих нержавіючої сталлю. Вибухонебезпечні сталеві пластини, покриті нержавіючої сталлю, все ширше використовуються в промисловості посудин під тиском через їхню чудову стійкість до корозії, ідеальне поєднання механічної міцності та прийнятної вартості.Питання термічної обробки також слід привернути увагу розробників посудин під тиском.

Технічним показником, якому розробники резервуарів під тиском зазвичай надають значення для композитних панелей, є швидкість їх з’єднання, тоді як термічна обробка композитних панелей часто розглядається дуже мало або повинна враховуватися відповідними технічними стандартами та виробниками.Процес обробки металевих композитних панелей, по суті, є процесом подачі енергії на металеву поверхню.

Під дією високошвидкісного імпульсу композитний матеріал стикається з основним матеріалом похило, і в стані металевого струменя утворюється зигзагоподібний композитний інтерфейс між плакованим металом і основним металом для досягнення зв’язку між атомами.

Основний метал після обробки вибухом фактично піддається процесу деформаційного зміцнення.

В результаті міцність на розрив σb зростає, показник пластичності зменшується, а значення межі текучості σs не є очевидним.Незалежно від того, чи це сталь серії Q235 чи 16MnR, після обробки вибухом, а потім перевірки її механічних властивостей, усі демонструють вищезгадане явище зміцнення деформації.У цьому відношенні як пластина, покрита титановою сталлю, так і пластина, покрита нікелем, вимагають, щоб плакована пластина була піддана термічній обробці для зняття напруги після вибухового компаундування.

У 99-му виданні «мірника місткості» також є чіткі правила щодо цього, але таких правил немає для вибухонебезпечної композитної пластини з аустенітної нержавіючої сталі.

У поточних відповідних технічних стандартах питання про те, чи і як піддавати термічній обробці пластини з аустенітної нержавіючої сталі після обробки вибухом, відносно розпливчасте.

GB8165-87 «Сталева пластина з нержавіючої сталі» передбачає: «Згідно з угодою між постачальником і покупцем вона також може поставлятися в гарячекатаному стані або термічно обробленому стані».Поставляється для вирівнювання, обрізки або різання.За бажанням композитна поверхня може бути протравлена, пасивована або відполірована, а також може поставлятися в термічно обробленому стані».

Про те, як відбувається термічна обробка, не згадується.Основною причиною такої ситуації залишається вищезгадана проблема чутливих областей, де аустенітна нержавіюча сталь викликає міжкристалітну корозію.

GB8547-87 «Плакована титановою сталлю пластина» передбачає, що система термічної обробки для зняття напруги термічної обробки плакованої титановою сталлю пластини становить: 540 ℃ ± 25 ℃, збереження тепла протягом 3 годин.І ця температура знаходиться якраз у діапазоні температур сенсибілізації аустенітної нержавіючої сталі (400 ℃–850 ℃).

Тому важко дати чіткі правила термічної обробки вибухових композиційних листів аустенітної нержавіючої сталі.У цьому відношенні наші дизайнери посудин під тиском повинні мати чітке розуміння, приділяти достатньо уваги та вживати відповідних заходів.

Перш за все, 1Cr18Ni9Ti не слід використовувати для плакованої нержавіючої сталі, оскільки порівняно з низьковуглецевою аустенітною нержавіючою сталлю 0Cr18Ni9 вміст вуглецю в ній вищий, імовірність виникнення сенсибілізації та її стійкість до міжкристалітної корозії знижена.

Крім того, коли корпус і головка резервуара під тиском, виготовлені з вибухонебезпечної композитної пластини з аустенітної нержавіючої сталі, використовуються в суворих умовах, таких як: високий тиск, коливання тиску та надзвичайно та дуже небезпечні середовища, слід використовувати 00Cr17Ni14Mo2.Аустенітні нержавіючі сталі з ультранизьким вмістом вуглецю зводять до мінімуму можливість сенсибілізації.

Вимоги до термообробки композитних панелей мають бути чітко висунуті, а система термічної обробки повинна бути визначена в консультаціях з відповідними сторонами, щоб досягти мети, щоб основний матеріал мав певний запас пластичності, а композитний матеріал мав необхідна стійкість до корозії.

3. Чи можна використовувати інші методи для заміни загальної термічної обробки обладнання?Через обмеження умов виробника та врахування економічних інтересів багато людей досліджували інші методи заміни загальної термічної обробки посудин під тиском.Хоча ці дослідження є корисними та цінними, але на даний момент вони також не є заміною загальної термічної обробки посудин під тиском.

Вимоги до інтегральної термічної обробки не були пом'якшені в чинних стандартах і процедурах.Серед різноманітних альтернатив загальної термічної обробки найбільш типовими є: місцева термічна обробка, метод удару молотком для усунення залишкової напруги зварювання, метод вибуху для усунення залишкової напруги зварювання та метод вібрації, метод гарячої водяної ванни тощо.

Часткова термічна обробка: Це передбачено в 10.4.5.3 GB150-1998 «Сталеві посудини під тиском»: «Дозволяється використовувати зварні з’єднання B, C, D, зварні з’єднання типу A, що з’єднують сферичну головку та циліндр, а також дефектні зварювальні ремонтні деталі. часткова термічна обробка.Метод термічної обробки».Це положення означає, що метод локальної термічної обробки не дозволяється для зварювання класу А на циліндрі, тобто: у всьому обладнанні не дозволяється використовувати метод місцевої термічної обробки, однією з причин є те, що залишкова напруга зварювання не може бути визначена усуваються симетрично.

Метод удару молотком усуває залишкову напругу при зварюванні: тобто за допомогою ручного удару молотком на поверхню зварного з’єднання накладається напруга розшаровування, тим самим частково компенсуючи негативний вплив залишкової напруги розтягування.

В принципі, цей метод має певний гальмівний вплив на запобігання корозійного розтріскування під напругою.

Однак, оскільки в процесі практичної експлуатації немає кількісних показників і суворіших операційних процедур, а перевірочної роботи для порівняння та використання недостатньо, він не був прийнятий поточним стандартом.

Метод вибуху для усунення залишкової напруги під час зварювання: вибухівка спеціально виготовлена ​​у формі стрічки, а внутрішня стінка обладнання застрягла на поверхні зварного з’єднання.Механізм такий же, як і у молоткового методу для усунення залишкової напруги при зварюванні.

Кажуть, що цей метод може компенсувати деякі недоліки методу удару, щоб усунути залишкову напругу під час зварювання.Однак деякі установки використовували загальну термічну обробку та метод вибуху для усунення залишкової напруги зварювання на двох резервуарах для зберігання зрідженого газу в однакових умовах.Роками пізніше перевірка відкриття резервуару виявила, що зварні з’єднання першого були цілі, а зварні з’єднання резервуара-накопичувача, залишкові напруги якого усунули методом вибуху, показали багато тріщин.Таким чином, колись популярний метод вибуху для усунення залишкової напруги під час зварювання є тихим.

Існують інші методи зварювання залишкової напруги, які з різних причин не були прийняті промисловістю посудин високого тиску.Одним словом, загальна термічна обробка посудин під тиском після зварювання (включаючи додаткову термічну обробку в печі) має такі недоліки, як високе споживання енергії та тривалий час циклу, а також стикається з різними труднощами в фактичній експлуатації через такі фактори, як структура посудини під тиском, але це все ще поточна промисловість посудин під тиском.Єдиний прийнятний у всіх відношеннях спосіб усунення залишкової напруги при зварюванні.