Разглеждане на термичната обработка при проектирането на съдове под налягане

Заваряването на важни компоненти, заваряването на легирана стомана и заваряването на дебели части изискват предварително загряване преди заваряване.Основните функции на предварителното загряване преди заваряване са следните:

(1) Предварителното загряване може да забави скоростта на охлаждане след заваряване, което благоприятства изпускането на дифузионен водород в заваръчния метал и избягва пукнатини, предизвикани от водород.В същото време се намалява степента на втвърдяване на заваръчния шев и зоната на топлинно въздействие и се подобрява устойчивостта на пукнатини на заваръчното съединение.

(2) Предварителното загряване може да намали напрежението при заваряване.Равномерното локално предварително загряване или цялостното предварително загряване може да намали температурната разлика (известна също като температурен градиент) между детайлите, които ще бъдат заварени в зоната на заваряване.По този начин, от една страна, напрежението при заваряване се намалява, а от друга страна се намалява скоростта на заваръчна деформация, което е от полза за избягване на пукнатини при заваряване.

(3) Предварителното загряване може да намали задържането на заварената конструкция, особено задържането на ъгловата връзка.С повишаване на температурата на предварително загряване честотата на пукнатини намалява.

Изборът на температурата на предварително нагряване и температурата на междинно преминаване не е свързан само с химичния състав на стоманата и електрода, но и с твърдостта на заварената конструкция, метода на заваряване, температурата на околната среда и т.н., които трябва да се определят след цялостно разглеждане на тези фактори.

В допълнение, еднаквостта на температурата на предварително нагряване в посоката на дебелината на стоманения лист и еднаквостта в зоната на заваряване имат важно влияние върху намаляването на напрежението при заваряване.Широчината на локалното предварително загряване трябва да се определи в зависимост от задържането на детайла, който ще бъде заварен.Обикновено тя трябва да бъде три пъти по-голяма от дебелината на стената около зоната на заваръчния шев и не трябва да бъде по-малка от 150-200 mm.Ако предварителното загряване не е равномерно, вместо да намали напрежението при заваряване, то ще увеличи напрежението при заваряване.

Има три цели на термичната обработка след заваряване: елиминиране на водорода, елиминиране на напрежението при заваряване, подобряване на структурата на заваръчния шев и цялостна производителност.

Обработката с дехидрогениране след заваряване се отнася до нискотемпературна термична обработка, извършена след като заваряването е завършено и заваръчният шев не е бил охладен до под 100 °C.Общата спецификация е да се загрее до 200 ~ 350 ℃ и да се държи 2-6 часа.Основната функция на обработката за елиминиране на водород след заваряване е да ускори изтичането на водород в заваръчния шев и засегнатата от топлина зона, което е изключително ефективно за предотвратяване на пукнатини при заваряване по време на заваряване на нисколегирани стомани.

По време на процеса на заваряване, поради неравномерността на нагряване и охлаждане и ограничаването или външното задържане на самия компонент, напрежението на заваряване винаги ще се генерира в компонента след приключване на заваръчната работа.Наличието на напрежение при заваряване в компонента ще намали действителната носеща способност на зоната на заварената връзка, ще причини пластична деформация и дори ще доведе до повреда на компонента в тежки случаи.

Термичната обработка за облекчаване на напрежението е да се намали границата на провлачване на заварения детайл при висока температура, за да се постигне целта за облекчаване на напрежението при заваряване.Има два често използвани метода: единият е цялостното темпериране при висока температура, тоест цялата заварка се поставя в нагревателната пещ, бавно се нагрява до определена температура, след това се държи за определен период от време и накрая се охлажда във въздуха или в пещта.

По този начин може да се елиминира 80%-90% от напрежението при заваряване.Друг метод е локално високотемпературно темпериране, тоест само нагряване на заваръчния шев и заобикалящата го област и след това бавно охлаждане, намаляване на пиковата стойност на напрежението при заваряване, което прави разпределението на напрежението относително плоско и частично елиминиране на напрежението при заваряване.

След като някои материали от легирана стомана са заварени, техните заварени съединения ще изглеждат закалена структура, което ще влоши механичните свойства на материала.В допълнение, тази закалена структура може да доведе до разрушаване на съединението под действието на напрежението на заваряване и водорода.След топлинна обработка металографската структура на съединението се подобрява, пластичността и якостта на завареното съединение се подобряват и цялостните механични свойства на завареното съединение се подобряват.

Третирането с дехидрогениране е да се поддържа топло за определен период от време в рамките на температурния диапазон на нагряване от 300 до 400 градуса.Целта е да се ускори отделянето на водород в заварената връзка и ефектът от обработката с дехидрогениране е по-добър от този на последващото нагряване при ниска температура.

Термичната обработка след заваряване и след заваряване, навременното последващо нагряване и дехидрогениране след заваряване са една от ефективните мерки за предотвратяване на студени пукнатини при заваряване.Индуцираните от водород пукнатини, причинени от натрупването на водород при многопроходно и многослойно заваряване на дебели плочи, трябва да бъдат третирани с 2 до 3 междинни процедури за отстраняване на водород.

Разглеждане на термичната обработка при проектирането на съдове под налягане

Разглеждане на термичната обработка при проектирането на съдове под налягане Топлинната обработка, като традиционен и ефективен метод за подобряване и възстановяване на свойствата на метала, винаги е била относително слаба връзка в проектирането и производството на съдове под налягане.

Съдовете под налягане включват четири вида топлинна обработка:

Термична обработка след заваряване (топлинна обработка за освобождаване на напрежението);термична обработка за подобряване на свойствата на материала;термична обработка за възстановяване на свойствата на материала;лечение с елиминиране на водород след заваряване.Фокусът тук е да се обсъдят въпроси, свързани с термичната обработка след заваряване, която се използва широко при проектирането на съдове под налягане.

1. Нуждае ли се съдът под налягане от аустенитна неръждаема стомана от топлинна обработка след заваряване?Термичната обработка след заваряване е да се използва намаляването на границата на провлачване на металния материал при висока температура, за да се генерира пластичен поток на мястото, където напрежението е високо, така че да се постигне целта за елиминиране на остатъчното напрежение при заваряване и при същото време може да подобри пластичността и издръжливостта на заварените съединения и зоната, засегната от топлина, и да подобри способността за устойчивост на корозия под напрежение.Този метод за облекчаване на напрежението се използва широко в съдове под налягане от въглеродна стомана, ниско легирана стомана с кубична кристална структура, центрирана в тялото.

Кристалната структура на аустенитната неръждаема стомана е лицево-центрирана кубична.Тъй като металният материал на лицево-центрираната кубична кристална структура има повече равнини на приплъзване, отколкото центрираната по тялото кубична, той показва добра здравина и свойства за укрепване на напрежението.

В допълнение, при проектирането на съдове под налягане неръждаемата стомана често се избира за двете цели - антикорозионна защита и отговаряне на специалните изисквания за температура.В допълнение, неръждаемата стомана е скъпа в сравнение с въглеродната стомана и нисколегираната стомана, така че дебелината на стената й няма да бъде много висока.дебел.

Следователно, като се има предвид безопасността на нормалната работа, няма нужда от изисквания за термична обработка след заваряване за съдове под налягане от аустенитна неръждаема стомана.

Що се отнася до корозията, дължаща се на употреба, нестабилността на материала, като например влошаване, причинено от необичайни работни условия като умора, ударно натоварване и т.н., е трудно да се вземе предвид при конвенционален дизайн.Ако съществуват такива ситуации, съответният научен и технически персонал (като: проектиране, използване, научни изследвания и други съответни звена) трябва да проведе задълбочени изследвания, сравнителни експерименти и да излезе с осъществим план за топлинна обработка, за да гарантира, че цялостната работата на съда под налягане не се влияе.

В противен случай, ако необходимостта и възможността за термична обработка за съдове под налягане от аустенитна неръждаема стомана не се вземат предвид напълно, често е невъзможно просто да се направят изисквания за термична обработка за аустенитна неръждаема стомана по аналогия с въглеродна стомана и нисколегирана стомана.

В настоящия стандарт изискванията за топлинна обработка след заваряване на съдове под налягане от аустенитна неръждаема стомана са доста неясни.Посочено е в GB150: „Освен ако не е посочено друго в чертежите, студено формованите глави от аустенитна неръждаема стомана не могат да бъдат термично обработвани“.

Що се отнася до това дали в други случаи се извършва топлинна обработка, тя може да варира според разбиранията на различните хора.В GB150 е посочено, че контейнерът и неговите компоненти под налягане отговарят на едно от следните условия и трябва да бъдат термично обработени.Вторият и третият елемент са: „Контейнери с корозия под напрежение, като контейнери, съдържащи втечнен нефтен газ, течен амоняк и др.“и „Контейнери, съдържащи изключително или силно токсични среди“.

В него е посочено само: „Освен ако не е посочено друго в чертежите, заварените съединения от аустенитна неръждаема стомана не могат да бъдат термично обработени“.

От нивото на стандартно изразяване, това изискване трябва да се разбира като основно за различните ситуации, изброени в първата точка.Горепосочените втора и трета ситуация не е задължително да бъдат включени.

По този начин изискванията за термична обработка след заваряване на съдове под налягане от аустенитна неръждаема стомана могат да бъдат изразени по-изчерпателно и точно, така че дизайнерите да могат да решат дали и как да бъдат подложени на топлинна обработка за съдове под налягане от аустенитна неръждаема стомана според действителната ситуация.

Член 74 от 99-то издание на „Правилата за капацитета“ ясно гласи: „Съдовете под налягане от аустенитна неръждаема стомана или цветни метали обикновено не изискват термична обработка след заваряване.Ако се изисква термична обработка за специални изисквания, това трябва да бъде посочено на чертежа.

2. Термична обработка на контейнери с експлозивна неръждаема стоманена плоча Стоманените плочи с експлозивна неръждаема стомана се използват все по-широко в производството на съдове под налягане поради тяхната отлична устойчивост на корозия, перфектна комбинация от механична якост и разумни разходи.Проблемите с термичната обработка също трябва да бъдат насочени към вниманието на проектантите на съдове под налягане.

Техническият показател, на който дизайнерите на съдове под налягане обикновено придават значение за композитните панели, е степента на свързване, докато термичната обработка на композитните панели често се счита за много малка или трябва да се вземе предвид от съответните технически стандарти и производители.Процесът на бластиране на метални композитни панели е по същество процесът на прилагане на енергия към металната повърхност.

Под действието на високоскоростен импулс, композитният материал се сблъсква с основния материал наклонено и в състояние на метална струя се образува зигзагообразен композитен интерфейс между облечения метал и основния метал, за да се постигне свързване между атомите.

Основният метал след обработка с експлозия всъщност се подлага на процес на усилване при деформация.

В резултат на това якостта на опън σb се увеличава, индексът на пластичност намалява и стойността на границата на провлачване σs не е очевидна.Независимо дали става въпрос за стомана от серия Q235 или 16MnR, след обработка с експлозия и след това тестване на нейните механични свойства, всички показват гореспоменатия феномен на усилване на деформацията.В това отношение както плочата с покритие от титан-стомана, така и плочата с покритие от никел-стомана изискват покритието да бъде подложено на топлинна обработка за освобождаване на напрежението след експлозивно смесване.

99-ото издание на „измерителя на капацитета“ също има ясни разпоредби за това, но не са направени такива разпоредби за експлозивната композитна аустенитна плоча от неръждаема стомана.

В настоящите съответни технически стандарти въпросът дали и как да се обработва топлинно аустенитната плоча от неръждаема стомана след обработка с експлозия е сравнително неясен.

GB8165-87 „Стоманена плоча с покритие от неръждаема стомана“ предвижда: „Според споразумението между доставчика и купувача, тя може да бъде доставена и в горещо валцувано състояние или термично обработено състояние.“Доставя се за изравняване, подрязване или рязане.При поискване, композитната повърхност може да бъде байцвана, пасивирана или полирана и може да бъде доставена и в топлинно обработено състояние.“

Никъде не се споменава как се извършва топлинната обработка.Основната причина за тази ситуация все още е гореспоменатият проблем с чувствителните зони, където аустенитната неръждаема стомана предизвиква междукристална корозия.

GB8547-87 „Плоча с титаниево стоманено покритие“ постановява, че системата за термична обработка за топлинна обработка за облекчаване на напрежението на плоча с титаниево стоманено покритие е: 540 ℃ ± 25 ℃, запазване на топлината за 3 часа.И тази температура е точно в температурния диапазон на сенсибилизация на аустенитната неръждаема стомана (400 ℃–850 ℃).

Поради това е трудно да се дадат ясни правила за топлинна обработка на експлозивни композитни листове от аустенитна неръждаема стомана.В това отношение нашите дизайнери на съдове под налягане трябва да имат ясно разбиране, да обърнат достатъчно внимание и да предприемат съответните мерки.

На първо място, 1Cr18Ni9Ti не трябва да се използва за плакирана неръждаема стомана, тъй като в сравнение с нисковъглеродната аустенитна неръждаема стомана 0Cr18Ni9, нейното въглеродно съдържание е по-високо, по-вероятно е да възникне сенсибилизация и нейната устойчивост на междукристална корозия е намалена.

В допълнение, когато обвивката на съда под налягане и главата, изработени от експлозивна композитна аустенитна плоча от неръждаема стомана, се използват при тежки условия, като: високо налягане, колебания на налягането и изключително и силно опасни среди, трябва да се използва 00Cr17Ni14Mo2.Аустенитните неръждаеми стомани с изключително ниско съдържание на въглерод минимизират възможността от сенсибилизация.

Изискванията за топлинна обработка за композитни панели трябва да бъдат ясно изложени и системата за топлинна обработка трябва да бъде определена в консултация със съответните страни, така че да се постигне целта основният материал да има определено количество пластичен резерв и композитният материал да има необходима устойчивост на корозия.

3. Могат ли да се използват други методи за замяна на цялостната топлинна обработка на оборудването?Поради ограниченията на условията на производителя и отчитането на икономическите интереси, много хора са проучили други методи за замяна на цялостната термична обработка на съдове под налягане.Въпреки че тези изследвания са полезни и ценни, но в момента те също не са заместител на цялостната топлинна обработка на съдове под налягане.

Изискванията за цялостна топлинна обработка не са облекчени в действащите стандарти и процедури.Сред различните алтернативи на цялостната топлинна обработка по-типичните са: локална термична обработка, метод на удар с чук за елиминиране на остатъчното напрежение при заваряване, метод на експлозия за елиминиране на остатъчно напрежение при заваряване и метод на вибрации, метод на гореща водна баня и др.

Частична топлинна обработка: Посочено е в 10.4.5.3 от GB150-1998 „Стоманени съдове под налягане“: „B, C, D заварени съединения, заварени съединения тип A, свързващи сферичната глава и цилиндъра, и дефектни части за заваряване, могат да се използват частична термична обработка.Метод на топлинна обработка.Тази наредба означава, че методът за локална топлинна обработка не е разрешен за заварка от клас А на цилиндъра, тоест: цялото оборудване не може да използва метода за локална топлинна обработка, една от причините е, че остатъчното напрежение при заваряване не може да бъде елиминирани симетрично.

Методът на ударно чукване елиминира остатъчното напрежение при заваряване: това означава, че чрез ръчно ударно чукване напрежението на ламиниране се наслагва върху повърхността на заварената връзка, като по този начин частично компенсира неблагоприятния ефект на остатъчното напрежение на опън.

По принцип този метод има известен инхибиращ ефект върху предотвратяването на корозионно напукване под напрежение.

Въпреки това, тъй като няма количествени показатели и по-строги оперативни процедури в процеса на практическа работа и работата по проверката за сравнение и използване не е достатъчна, той не е приет от текущия стандарт.

Метод на експлозия за елиминиране на остатъчното напрежение при заваряване: Експлозивът е специално направен във форма на лента и вътрешната стена на оборудването е залепена върху повърхността на заварената връзка.Механизмът е същият като този на метода с чук за елиминиране на остатъчното напрежение при заваряване.

Твърди се, че този метод може да компенсира някои от недостатъците на метода с удар с чук за премахване на остатъчното напрежение при заваряване.Въпреки това, някои единици са използвали цялостната топлинна обработка и метода на експлозия, за да елиминират остатъчното напрежение при заваряване на два резервоара за съхранение на LPG при еднакви условия.Години по-късно проверката при отваряне на резервоара установи, че заварените съединения на първия са непокътнати, докато заварените съединения на резервоара за съхранение, чието остатъчно напрежение е елиминирано чрез метода на експлозия, показват много пукнатини.По този начин популярният някога метод на експлозия за елиминиране на остатъчното напрежение при заваряване е безшумен.

Съществуват и други методи за освобождаване на остатъчното напрежение при заваряване, които по различни причини не са приети от индустрията за съдове под налягане.С една дума, цялостната термична обработка след заваряване на съдове под налягане (включително подтермична обработка в пещта) има недостатъците на високата консумация на енергия и дългото време на цикъла и се сблъсква с различни трудности в действителната работа поради фактори като структура на съда под налягане, но все още е текущата индустрия за съдове под налягане.Единственият метод за елиминиране на остатъчното напрежение при заваряване, който е приемлив във всички отношения.