Xem xét xử lý nhiệt trong thiết kế bình chịu áp lực

Hàn các bộ phận quan trọng, hàn thép hợp kim và hàn các bộ phận dày đều cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn.Các chức năng chính của sấy sơ bộ trước khi hàn như sau:

(1) Làm nóng sơ bộ có thể làm chậm tốc độ làm mát sau khi hàn, điều này có lợi cho việc thoát khí hydro dễ khuếch tán trong kim loại mối hàn và tránh các vết nứt do hydro gây ra.Đồng thời, mức độ cứng của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt giảm, khả năng chống nứt của mối hàn được cải thiện.

(2) Gia nhiệt trước có thể làm giảm ứng suất hàn.Gia nhiệt sơ bộ cục bộ hoặc gia nhiệt sơ bộ tổng thể có thể làm giảm chênh lệch nhiệt độ (còn được gọi là độ dốc nhiệt độ) giữa các phôi được hàn trong khu vực hàn.Theo cách này, một mặt, ứng suất hàn giảm, mặt khác, tốc độ biến dạng hàn giảm, điều này có lợi để tránh các vết nứt hàn.

(3) Làm nóng sơ bộ có thể làm giảm sự hạn chế của kết cấu hàn, đặc biệt là sự hạn chế của mối nối phi lê.Với sự gia tăng nhiệt độ gia nhiệt trước, tỷ lệ vết nứt giảm.

Việc lựa chọn nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ giữa các lớp không chỉ liên quan đến thành phần hóa học của thép và điện cực, mà còn liên quan đến độ cứng của kết cấu hàn, phương pháp hàn, nhiệt độ môi trường, v.v., cần được xác định sau khi xem xét toàn diện các vấn đề này. các nhân tố.

Ngoài ra, tính đồng nhất của nhiệt độ gia nhiệt trước theo hướng độ dày của tấm thép và tính đồng nhất trong vùng hàn có ảnh hưởng quan trọng đến việc giảm ứng suất hàn.Chiều rộng của gia nhiệt sơ bộ cục bộ phải được xác định theo sự hạn chế của phôi được hàn.Nói chung, nó phải gấp ba lần độ dày thành xung quanh khu vực hàn và không được nhỏ hơn 150-200 mm.Nếu nung nóng sơ bộ không đồng đều, thay vì giảm ứng suất hàn, nó sẽ làm tăng ứng suất hàn.

Có ba mục đích của xử lý nhiệt sau hàn: loại bỏ hydro, loại bỏ ứng suất hàn, cải thiện cấu trúc mối hàn và hiệu suất tổng thể.

Xử lý khử hydro sau hàn đề cập đến xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp được thực hiện sau khi hàn xong và mối hàn chưa được làm mát xuống dưới 100 °C.Thông số kỹ thuật chung là làm nóng đến 200 ~ 350 ℃ và giữ nhiệt trong 2-6 giờ.Chức năng chính của xử lý loại bỏ hydro sau hàn là đẩy nhanh quá trình thoát hydro trong mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, điều này cực kỳ hiệu quả trong việc ngăn ngừa các vết nứt hàn trong quá trình hàn thép hợp kim thấp.

Trong quá trình hàn, do sự không đồng đều của quá trình làm nóng và làm mát, và sự hạn chế hoặc hạn chế bên ngoài của chính bộ phận, ứng suất hàn sẽ luôn được tạo ra trong bộ phận sau khi hoàn thành công việc hàn.Sự tồn tại của ứng suất hàn trong cấu kiện sẽ làm giảm khả năng chịu lực thực tế của vùng liên kết hàn, gây biến dạng dẻo, thậm chí dẫn đến hư hỏng cấu kiện trong trường hợp nghiêm trọng.

Xử lý nhiệt giảm ứng suất là giảm cường độ năng suất của phôi hàn ở nhiệt độ cao để đạt được mục đích giảm ứng suất hàn.Có hai phương pháp thường được sử dụng: một là ủ ở nhiệt độ cao tổng thể, nghĩa là toàn bộ mối hàn được đưa vào lò gia nhiệt, nung nóng từ từ đến nhiệt độ nhất định, sau đó giữ trong một khoảng thời gian và cuối cùng được làm mát trong không khí hoặc trong lò.

Bằng cách này, 80% -90% ứng suất hàn có thể được loại bỏ.Một phương pháp khác là ủ nhiệt độ cao cục bộ, nghĩa là chỉ làm nóng mối hàn và khu vực xung quanh, sau đó làm nguội từ từ, giảm giá trị cực đại của ứng suất hàn, làm cho phân bố ứng suất tương đối bằng phẳng và loại bỏ một phần ứng suất hàn.

Sau khi một số vật liệu thép hợp kim được hàn, các mối hàn của chúng sẽ xuất hiện cấu trúc cứng lại, điều này sẽ làm giảm tính chất cơ học của vật liệu.Ngoài ra, cấu trúc cứng này có thể dẫn đến phá hủy khớp dưới tác động của ứng suất hàn và hydro.Sau khi xử lý nhiệt, cấu trúc kim loại của mối hàn được cải thiện, độ dẻo và độ dẻo dai của mối hàn được cải thiện và các tính chất cơ học toàn diện của mối hàn được cải thiện.

Xử lý khử hydro là giữ ấm trong một khoảng thời gian trong phạm vi nhiệt độ gia nhiệt từ 300 đến 400 độ.Mục đích là để đẩy nhanh quá trình thoát hydro trong mối hàn và hiệu quả của việc xử lý khử hydro tốt hơn so với quá trình gia nhiệt sau nhiệt độ thấp.

Xử lý nhiệt sau hàn và sau hàn, xử lý nung nóng và khử hydro kịp thời sau khi hàn là một trong những biện pháp hiệu quả để ngăn ngừa vết nứt nguội trong hàn.Các vết nứt do hydro gây ra do sự tích tụ hydro trong quá trình hàn nhiều lớp và hàn nhiều lớp của các tấm dày nên được xử lý bằng 2 đến 3 phương pháp xử lý loại bỏ hydro trung gian.

Xem xét xử lý nhiệt trong thiết kế bình chịu áp lực

Xem xét xử lý nhiệt trong thiết kế bình chịu áp lực Xử lý nhiệt, như một phương pháp truyền thống và hiệu quả để cải thiện và khôi phục các đặc tính của kim loại, luôn là một liên kết tương đối yếu trong thiết kế và sản xuất bình chịu áp lực.

Bình chịu áp lực liên quan đến bốn loại xử lý nhiệt:

Xử lý nhiệt sau hàn (xử lý nhiệt giảm căng thẳng);xử lý nhiệt để cải thiện tính chất vật liệu;xử lý nhiệt để phục hồi các đặc tính của vật liệu;xử lý loại bỏ hydro sau hàn.Trọng tâm ở đây là thảo luận các vấn đề liên quan đến xử lý nhiệt sau hàn, được sử dụng rộng rãi trong thiết kế bình chịu áp lực.

1. Bình chịu áp lực bằng thép không gỉ austenit có cần xử lý nhiệt sau hàn không?Xử lý nhiệt sau hàn là sử dụng việc giảm giới hạn năng suất của vật liệu kim loại ở nhiệt độ cao để tạo ra dòng chảy dẻo ở nơi ứng suất cao, để đạt được mục đích loại bỏ ứng suất dư hàn, và tại đồng thời có thể cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai của các mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, đồng thời cải thiện khả năng chống ăn mòn do ứng suất.Phương pháp giảm căng thẳng này được sử dụng rộng rãi trong các bình chịu áp lực bằng thép carbon, thép hợp kim thấp với cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối.

Cấu trúc tinh thể của thép không gỉ Austenit là lập phương tâm diện.Do vật liệu kim loại của cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện có nhiều mặt phẳng trượt hơn so với lập phương tâm diện nên nó thể hiện độ dẻo dai tốt và các đặc tính tăng cường sức căng.

Ngoài ra, trong thiết kế bình chịu áp lực, thép không gỉ thường được lựa chọn với hai mục đích là chống ăn mòn và đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ.Ngoài ra, thép không gỉ đắt hơn so với thép carbon và thép hợp kim thấp, vì vậy độ dày thành của nó sẽ không cao lắm.dày.

Do đó, xem xét sự an toàn của hoạt động bình thường, không cần các yêu cầu xử lý nhiệt sau hàn đối với bình chịu áp lực bằng thép không gỉ austenit.

Đối với sự ăn mòn do sử dụng, sự mất ổn định của vật liệu, chẳng hạn như hư hỏng do các điều kiện vận hành bất thường như mỏi, tải trọng tác động, v.v., rất khó được xem xét trong thiết kế thông thường.Nếu những tình huống này tồn tại, các nhân viên khoa học và kỹ thuật có liên quan (chẳng hạn như: thiết kế, sử dụng, nghiên cứu khoa học và các đơn vị liên quan khác) cần tiến hành nghiên cứu chuyên sâu, thí nghiệm so sánh và đưa ra phương án xử lý nhiệt khả thi để đảm bảo rằng toàn diện hiệu suất dịch vụ của bình chịu áp lực không bị ảnh hưởng.

Mặt khác, nếu nhu cầu và khả năng xử lý nhiệt đối với bình chịu áp lực bằng thép không gỉ austenit không được xem xét đầy đủ, thì thường không khả thi khi chỉ đưa ra các yêu cầu xử lý nhiệt đối với thép không gỉ austenit bằng cách tương tự với thép carbon và thép hợp kim thấp.

Trong tiêu chuẩn hiện hành, các yêu cầu về xử lý nhiệt sau hàn của bình chịu áp lực bằng thép không gỉ austenit khá mơ hồ.Nó được quy định trong GB150: “Trừ khi có quy định khác trong bản vẽ, các đầu thép không gỉ austenit định hình nguội có thể không được xử lý nhiệt”.

Về việc xử lý nhiệt có được thực hiện trong các trường hợp khác hay không, nó có thể khác nhau tùy theo cách hiểu của những người khác nhau.GB150 quy định rằng bình chứa và các thành phần áp suất của nó đáp ứng một trong các điều kiện sau và phải được xử lý nhiệt.Mục thứ hai và thứ ba là: “Các thùng chứa bị ăn mòn do ứng suất, chẳng hạn như các thùng chứa khí hóa lỏng, amoniac lỏng, v.v.”và “Các thùng chứa phương tiện cực độc hoặc cực độc”.

Trong đó chỉ quy định: “Trừ khi có quy định khác trong bản vẽ, các mối hàn của thép không gỉ austenit không được xử lý nhiệt”.

Từ mức độ diễn đạt tiêu chuẩn, yêu cầu này nên được hiểu là chủ yếu dành cho các tình huống khác nhau được liệt kê trong mục đầu tiên.Các tình huống thứ hai và thứ ba nêu trên có thể không nhất thiết phải được đưa vào.

Bằng cách này, các yêu cầu về xử lý nhiệt sau hàn của bình chịu áp lực bằng thép không gỉ austenit có thể được thể hiện một cách toàn diện và chính xác hơn, để các nhà thiết kế có thể quyết định liệu và cách xử lý nhiệt cho bình áp suất bằng thép không gỉ austenit theo tình hình thực tế.

Điều 74 của phiên bản thứ 99 của “Quy định năng lực” nêu rõ: “Bình chịu áp lực bằng thép không gỉ Austenit hoặc kim loại màu thường không cần xử lý nhiệt sau khi hàn.Nếu xử lý nhiệt là cần thiết cho các yêu cầu đặc biệt, nó phải được chỉ định trên bản vẽ.

2. Xử lý nhiệt thùng chứa tấm thép không gỉ chống nổ Các tấm thép không gỉ chống nổ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bình chịu áp lực vì khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, sự kết hợp hoàn hảo giữa độ bền cơ học và hiệu suất chi phí hợp lý.Các vấn đề về xử lý nhiệt cũng cần được các nhà thiết kế bình chịu áp lực chú ý.

Chỉ số kỹ thuật mà các nhà thiết kế bình chịu áp lực thường coi trọng đối với tấm composite là tốc độ liên kết của nó, trong khi việc xử lý nhiệt của tấm composite thường rất ít được xem xét hoặc cần được xem xét bởi các tiêu chuẩn kỹ thuật và nhà sản xuất có liên quan.Quá trình nổ tấm composite kim loại thực chất là quá trình tác dụng năng lượng lên bề mặt kim loại.

Dưới tác động của xung tốc độ cao, vật liệu composite va chạm xiên với vật liệu cơ bản và ở trạng thái phản lực kim loại, giao diện composite ngoằn ngoèo được hình thành giữa kim loại phủ và kim loại cơ bản để đạt được liên kết giữa các nguyên tử.

Kim loại cơ bản sau khi xử lý nổ thực sự phải trải qua quá trình tăng cường sức căng.

Kết quả là độ bền kéo σb tăng, chỉ số dẻo giảm và giá trị độ bền chảy σs không rõ ràng.Cho dù đó là thép sê-ri Q235 hay 16MnR, sau khi xử lý nổ và sau đó kiểm tra các tính chất cơ học của nó, tất cả đều cho thấy hiện tượng tăng cường sức căng như trên.Về vấn đề này, cả tấm phủ titan và thép mạ niken đều yêu cầu tấm phủ phải được xử lý nhiệt giảm căng thẳng sau khi hợp chất nổ.

Phiên bản thứ 99 của “máy đo công suất” cũng có quy định rõ ràng về điều này, nhưng không có quy định nào như vậy đối với tấm thép không gỉ austenit composite dễ nổ.

Trong các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan hiện nay, câu hỏi liệu và cách xử lý nhiệt tấm thép không gỉ austenit sau khi xử lý nổ là tương đối mơ hồ.

GB8165-87 “Tấm thép mạ thép không gỉ” quy định: “Theo thỏa thuận giữa nhà cung cấp và người mua, nó cũng có thể được giao ở trạng thái cán nóng hoặc trạng thái được xử lý nhiệt.”Được cung cấp để cân bằng, cắt tỉa hoặc cắt.Theo yêu cầu, bề mặt composite có thể được ngâm, thụ động hóa hoặc đánh bóng, và cũng có thể được cung cấp ở trạng thái được xử lý nhiệt.”

Không có đề cập đến cách xử lý nhiệt được thực hiện.Lý do chính cho tình trạng này vẫn là vấn đề đã nói ở trên về các vùng nhạy cảm nơi thép không gỉ austenit tạo ra sự ăn mòn giữa các hạt.

GB8547-87 “Tấm phủ thép titan” quy định rằng hệ thống xử lý nhiệt để xử lý nhiệt giảm căng thẳng cho tấm phủ thép titan là: 540 ℃ ± 25 ℃, giữ nhiệt trong 3 giờ.Và nhiệt độ này chỉ nằm trong phạm vi nhiệt độ nhạy cảm của thép không gỉ austenit (400℃–850℃).

Do đó, rất khó để đưa ra các quy định rõ ràng cho việc xử lý nhiệt các tấm thép không gỉ austenit hỗn hợp nổ.Về vấn đề này, các nhà thiết kế bình chịu áp lực của chúng tôi phải hiểu rõ, chú ý đầy đủ và thực hiện các biện pháp tương ứng.

Trước hết, không nên sử dụng 1Cr18Ni9Ti cho thép không gỉ phủ, vì so với thép không gỉ austenit có hàm lượng carbon thấp 0Cr18Ni9, hàm lượng carbon của nó cao hơn, khả năng nhạy cảm dễ xảy ra hơn và khả năng chống ăn mòn giữa các hạt của nó giảm đi.

Ngoài ra, khi sử dụng vỏ và đầu bình chịu áp lực bằng tấm thép không gỉ austenit composite dễ nổ trong các điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như: áp suất cao, dao động áp suất và môi trường cực kỳ nguy hiểm, nên sử dụng 00Cr17Ni14Mo2.Thép không gỉ austenit carbon cực thấp giảm thiểu khả năng nhạy cảm.

Các yêu cầu xử lý nhiệt đối với tấm composite phải được đưa ra rõ ràng và hệ thống xử lý nhiệt phải được xác định với sự tư vấn của các bên liên quan, để đạt được mục đích là vật liệu cơ bản có một lượng dự trữ nhựa nhất định và vật liệu composite có chống ăn mòn cần thiết.

3. Có thể sử dụng các phương pháp khác để thay thế việc xử lý nhiệt tổng thể của thiết bị không?Do những hạn chế về điều kiện của nhà sản xuất và cân nhắc lợi ích kinh tế, nhiều người đã tìm hiểu các phương pháp khác để thay thế việc xử lý nhiệt tổng thể của bình chịu áp lực.Mặc dù những khám phá này có lợi và có giá trị, nhưng hiện tại Nó cũng không thể thay thế cho việc xử lý nhiệt tổng thể của bình chịu áp lực.

Các yêu cầu đối với xử lý nhiệt tích hợp chưa được nới lỏng trong các tiêu chuẩn và quy trình hiện hành.Trong số các lựa chọn thay thế khác nhau cho xử lý nhiệt tổng thể, những phương pháp điển hình hơn là: xử lý nhiệt cục bộ, phương pháp búa để loại bỏ ứng suất dư hàn, phương pháp nổ để loại bỏ ứng suất dư hàn và phương pháp rung, phương pháp tắm nước nóng, v.v.

Xử lý nhiệt một phần: Được quy định trong 10.4.5.3 của GB150-1998 “Bình chịu áp lực thép”: “Các mối hàn B, C, D, mối hàn loại A nối đầu hình cầu và xi lanh và các bộ phận sửa chữa hàn bị lỗi được phép sử dụng xử lý nhiệt một phần.Phương pháp xử lý nhiệt.”Quy định này có nghĩa là không được phép sử dụng phương pháp xử lý nhiệt cục bộ đối với mối hàn loại A trên xi lanh, nghĩa là: toàn bộ thiết bị không được phép sử dụng phương pháp xử lý nhiệt cục bộ, một trong những lý do là ứng suất dư hàn không thể được loại bỏ một cách đối xứng.

Phương pháp búa loại bỏ ứng suất dư hàn: nghĩa là, thông qua búa thủ công, ứng suất cán được đặt chồng lên bề mặt của mối hàn, do đó bù đắp một phần tác động bất lợi của ứng suất kéo dư.

Về nguyên tắc, phương pháp này có tác dụng ức chế nhất định trong việc ngăn ngừa nứt do ăn mòn ứng suất.

Tuy nhiên, do không có các chỉ số định lượng và quy trình vận hành chặt chẽ hơn trong quá trình vận hành thực tế và công việc xác minh để so sánh và sử dụng là không đủ, nên nó đã không được áp dụng theo tiêu chuẩn hiện hành.

Phương pháp nổ để loại bỏ ứng suất dư hàn: Thuốc nổ được chế tạo đặc biệt thành hình băng và thành trong của thiết bị được dán trên bề mặt của mối hàn.Cơ chế này giống như cơ chế của phương pháp búa để loại bỏ ứng suất dư hàn.

Người ta nói rằng phương pháp này có thể bù đắp một số thiếu sót của phương pháp búa để loại bỏ ứng suất dư hàn.Tuy nhiên, một số đơn vị đã sử dụng phương pháp nhiệt luyện tổng thể và phương pháp nổ mìn để khử ứng suất dư hàn cho hai bồn chứa LPG có cùng điều kiện.Nhiều năm sau, cuộc kiểm tra mở két cho thấy các mối hàn của két trước đây còn nguyên vẹn, trong khi các mối hàn của két chứa đã được loại bỏ ứng suất dư bằng phương pháp nổ cho thấy nhiều vết nứt.Theo cách này, phương pháp nổ phổ biến một thời để loại bỏ ứng suất dư hàn là im lặng.

Có nhiều phương pháp hàn giảm ứng suất dư khác, vì nhiều lý do đã không được ngành công nghiệp bình chịu áp lực chấp nhận.Nói một cách dễ hiểu, quá trình xử lý nhiệt tổng thể sau khi hàn của bình chịu áp lực (bao gồm cả xử lý nhiệt phụ trong lò) có nhược điểm là tiêu thụ năng lượng cao và thời gian chu kỳ dài, đồng thời gặp nhiều khó khăn khác nhau trong vận hành thực tế do các yếu tố như cấu trúc của bình chịu áp lực, nhưng nó vẫn là ngành công nghiệp bình chịu áp lực hiện tại.Phương pháp duy nhất để loại bỏ ứng suất dư hàn có thể chấp nhận được ở mọi khía cạnh.