La soldadura de componentes importantes, la soldadura de acero aleado y la soldadura de piezas gruesas requieren precalentamiento antes de soldar.Las funciones principales del precalentamiento antes de soldar son las siguientes:
(1) El precalentamiento puede ralentizar la velocidad de enfriamiento después de la soldadura, lo que conduce al escape de hidrógeno difusible en el metal de soldadura y evita las grietas inducidas por hidrógeno.Al mismo tiempo, se reduce el grado de endurecimiento de la soldadura y de la zona afectada por el calor, y se mejora la resistencia al agrietamiento de la unión soldada.
(2) El precalentamiento puede reducir la tensión de soldadura.El precalentamiento local uniforme o el precalentamiento general pueden reducir la diferencia de temperatura (también conocida como gradiente de temperatura) entre las piezas a soldar en el área de soldadura.De esta forma, por un lado, se reduce la tensión de soldadura y, por otro lado, se reduce la tasa de deformación de soldadura, lo que es beneficioso para evitar grietas en la soldadura.
(3) El precalentamiento puede reducir la restricción de la estructura soldada, especialmente la restricción de la junta de filete.Con el aumento de la temperatura de precalentamiento, la incidencia de grietas disminuye.
La selección de la temperatura de precalentamiento y la temperatura entre pasadas no solo está relacionada con la composición química del acero y el electrodo, sino también con la rigidez de la estructura soldada, el método de soldadura, la temperatura ambiente, etc., que deben determinarse después de una consideración exhaustiva de estos factores
Además, la uniformidad de la temperatura de precalentamiento en la dirección del espesor de la chapa de acero y la uniformidad en la zona de soldadura tienen una influencia importante en la reducción de la tensión de soldadura.El ancho del precalentamiento local debe determinarse de acuerdo con la restricción de la pieza a soldar.En general, debe ser tres veces el espesor de la pared alrededor del área de soldadura y no debe ser inferior a 150-200 mm.Si el precalentamiento no es uniforme, en lugar de reducir la tensión de soldadura, aumentará la tensión de soldadura.
Hay tres propósitos del tratamiento térmico posterior a la soldadura: eliminar el hidrógeno, eliminar el estrés de la soldadura, mejorar la estructura de la soldadura y el rendimiento general.
El tratamiento de deshidrogenación posterior a la soldadura se refiere al tratamiento térmico a baja temperatura realizado después de que se completa la soldadura y la soldadura no se ha enfriado por debajo de los 100 °C.La especificación general es calentar a 200~350℃ y mantenerlo durante 2-6 horas.La función principal del tratamiento de eliminación de hidrógeno posterior a la soldadura es acelerar el escape de hidrógeno en la zona de soldadura y afectada por el calor, lo que es extremadamente efectivo para prevenir grietas de soldadura durante la soldadura de aceros de baja aleación.
Durante el proceso de soldadura, debido a la falta de uniformidad de calentamiento y enfriamiento, y la restricción o restricción externa del componente en sí, siempre se generará tensión de soldadura en el componente después de que se complete el trabajo de soldadura.La existencia de tensión de soldadura en el componente reducirá la capacidad de carga real del área de unión soldada, causará deformación plástica e incluso provocará el daño del componente en casos severos.
El tratamiento térmico de alivio de tensión es para reducir el límite elástico de la pieza de trabajo soldada a alta temperatura para lograr el propósito de relajar la tensión de soldadura.Hay dos métodos comúnmente utilizados: uno es el templado general a alta temperatura, es decir, toda la soldadura se coloca en el horno de calentamiento, se calienta lentamente a una temperatura determinada, luego se mantiene durante un período de tiempo y finalmente se enfría en el aire o en el horno
De esta forma, se puede eliminar entre el 80 % y el 90 % de la tensión de soldadura.Otro método es el templado local a alta temperatura, es decir, solo calentar la soldadura y su área circundante y luego enfriar lentamente, reduciendo el valor máximo de la tensión de soldadura, haciendo que la distribución de la tensión sea relativamente plana y eliminando parcialmente la tensión de soldadura.
Después de soldar algunos materiales de acero aleado, sus uniones soldadas aparecerán como una estructura endurecida, lo que deteriorará las propiedades mecánicas del material.Además, esta estructura endurecida puede conducir a la destrucción de la junta bajo la acción de la tensión de soldadura y el hidrógeno.Después del tratamiento térmico, se mejora la estructura metalográfica de la unión, se mejoran la plasticidad y la tenacidad de la unión soldada y se mejoran las propiedades mecánicas integrales de la unión soldada.
El tratamiento de deshidrogenación consiste en mantener el calor durante un período de tiempo dentro del rango de temperatura de calentamiento de 300 a 400 grados.El propósito es acelerar el escape de hidrógeno en la junta soldada, y el efecto del tratamiento de deshidrogenación es mejor que el del postcalentamiento a baja temperatura.
El tratamiento térmico posterior a la soldadura y posterior a la soldadura, el tratamiento posterior de calentamiento y deshidrogenación oportuno después de la soldadura son una de las medidas efectivas para prevenir las grietas en frío en la soldadura.Las grietas inducidas por hidrógeno causadas por la acumulación de hidrógeno en la soldadura multicapa y multipaso de placas gruesas deben tratarse con 2 o 3 tratamientos intermedios de eliminación de hidrógeno.
Consideración del tratamiento térmico en el diseño de recipientes a presión
Consideración del tratamiento térmico en el diseño de recipientes a presión El tratamiento térmico, como método tradicional y eficaz para mejorar y restaurar las propiedades del metal, siempre ha sido un eslabón relativamente débil en el diseño y la fabricación de recipientes a presión.
Los recipientes a presión implican cuatro tipos de tratamientos térmicos:
Tratamiento térmico posterior a la soldadura (tratamiento térmico de alivio de tensión);tratamiento térmico para mejorar las propiedades del material;tratamiento térmico para restaurar las propiedades del material;tratamiento de eliminación de hidrógeno posterior a la soldadura.El enfoque aquí es discutir temas relacionados con el tratamiento térmico posterior a la soldadura, que se usa ampliamente en el diseño de recipientes a presión.
1. ¿El recipiente a presión de acero inoxidable austenítico necesita un tratamiento térmico posterior a la soldadura?El tratamiento térmico posterior a la soldadura consiste en utilizar la reducción del límite elástico del material metálico a alta temperatura para generar flujo plástico en el lugar donde la tensión es alta, a fin de lograr el propósito de eliminar la tensión residual de la soldadura, y en el Al mismo tiempo, puede mejorar la plasticidad y dureza de las uniones soldadas y la zona afectada por el calor, y mejorar la capacidad de resistir la corrosión por tensión.Este método de alivio de tensión se usa ampliamente en acero al carbono, recipientes a presión de acero de baja aleación con estructura de cristal cúbico centrada en el cuerpo.
La estructura cristalina del acero inoxidable austenítico es cúbica centrada en las caras.Dado que el material metálico de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara tiene más planos de deslizamiento que la cúbica centrada en el cuerpo, presenta buenas propiedades de tenacidad y resistencia a la deformación.
Además, en el diseño de recipientes a presión, el acero inoxidable a menudo se selecciona para los dos propósitos de anticorrosión y para cumplir con los requisitos especiales de temperatura.Además, el acero inoxidable es caro en comparación con el acero al carbono y el acero de baja aleación, por lo que su espesor de pared no será muy elevado.grueso.
Por lo tanto, considerando la seguridad de la operación normal, no hay necesidad de requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura para recipientes a presión de acero inoxidable austenítico.
En cuanto a la corrosión debida al uso, la inestabilidad del material, como el deterioro causado por condiciones anormales de funcionamiento como la fatiga, la carga de impacto, etc., es difícil de considerar en el diseño convencional.Si existen estas situaciones, el personal científico y técnico relevante (como: diseño, uso, investigación científica y otras unidades relevantes) debe realizar investigaciones exhaustivas, experimentos comparativos y elaborar un plan de tratamiento térmico factible para garantizar que el completo el rendimiento de servicio del recipiente a presión no se ve afectado.
De lo contrario, si no se consideran completamente la necesidad y la posibilidad de tratamiento térmico para los recipientes a presión de acero inoxidable austenítico, a menudo no es factible establecer simplemente los requisitos de tratamiento térmico para el acero inoxidable austenítico por analogía con el acero al carbono y el acero de baja aleación.
En la norma actual, los requisitos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura de recipientes a presión de acero inoxidable austenítico son bastante vagos.Está estipulado en GB150: "A menos que se especifique lo contrario en los dibujos, las cabezas de acero inoxidable austenítico conformadas en frío no pueden tratarse térmicamente".
En cuanto a si se realiza tratamiento térmico en otros casos, puede variar según el entendimiento de diferentes personas.Está estipulado en GB150 que el recipiente y sus componentes de presión cumplen una de las siguientes condiciones y deben tratarse térmicamente.Las partidas segunda y tercera son: “Recipientes con corrosión bajo tensión, tales como recipientes que contengan gas licuado de petróleo, amoníaco líquido, etc.”y “Contenedores que contienen medios extremadamente o altamente tóxicos”.
En él sólo se estipula: “Salvo que se especifique lo contrario en los planos, las uniones soldadas de acero inoxidable austenítico no podrán ser tratadas térmicamente”.
Desde el nivel de expresión estándar, este requisito debe entenderse como principalmente para las diversas situaciones enumeradas en el primer punto.Las situaciones segunda y tercera mencionadas anteriormente pueden no estar necesariamente incluidas.
De esta forma, los requisitos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura de los recipientes a presión de acero inoxidable austenítico se pueden expresar de manera más completa y precisa, de modo que los diseñadores puedan decidir si aplicar un tratamiento térmico a los recipientes a presión de acero inoxidable austenítico y cómo hacerlo de acuerdo con la situación real.
El artículo 74 de la edición 99 de las “Reglas de capacidad” establece claramente: “Los recipientes a presión de acero inoxidable austenítico o de metales no ferrosos generalmente no requieren tratamiento térmico después de la soldadura.Si se requiere tratamiento térmico para requisitos especiales, debe indicarse en el plano.”
2. Tratamiento térmico de recipientes de placa de acero revestido de acero inoxidable explosivo Las placas de acero revestido de acero inoxidable explosivo se utilizan cada vez más en la industria de recipientes a presión debido a su excelente resistencia a la corrosión, combinación perfecta de resistencia mecánica y rendimiento de costo razonable.Los problemas de tratamiento térmico también deben llamar la atención de los diseñadores de recipientes a presión.
El índice técnico al que los diseñadores de recipientes a presión suelen dar importancia para los paneles compuestos es su tasa de adherencia, mientras que el tratamiento térmico de los paneles compuestos a menudo se considera muy poco o debería ser considerado por los fabricantes y estándares técnicos relevantes.El proceso de voladura de paneles compuestos de metal es esencialmente el proceso de aplicar energía a la superficie metálica.
Bajo la acción del pulso de alta velocidad, el material compuesto choca oblicuamente con el material base y, en el estado de chorro de metal, se forma una interfaz compuesta en zigzag entre el metal revestido y el metal base para lograr la unión entre los átomos.
El metal base después del proceso de explosión en realidad se somete a un proceso de fortalecimiento por deformación.
Como resultado, la resistencia a la tracción σb aumenta, el índice de plasticidad disminuye y el valor del límite elástico σs no es obvio.Ya sea acero de la serie Q235 o 16MnR, después del procesamiento de explosión y luego de probar sus propiedades mecánicas, todos muestran el fenómeno de fortalecimiento de la tensión anterior.A este respecto, tanto la placa revestida de acero al titanio como la placa revestida de acero al níquel requieren que la placa revestida se someta a un tratamiento térmico de alivio de tensiones después de la composición explosiva.
La 99.ª edición del "medidor de capacidad" también tiene normas claras sobre esto, pero no existen tales normas para la placa explosiva de acero inoxidable austenítico compuesto.
En las normas técnicas relevantes actuales, la cuestión de si y cómo tratar térmicamente la placa de acero inoxidable austenítico después del proceso de explosión es relativamente vaga.
GB8165-87 "Placa de acero revestida de acero inoxidable" estipula: "De acuerdo con el acuerdo entre el proveedor y el comprador, también se puede entregar en estado laminado en caliente o tratado térmicamente".Se suministra para nivelar, recortar o cortar.Bajo pedido, la superficie compuesta se puede decapar, pasivar o pulir, y también se puede suministrar en estado tratado térmicamente”.
No se menciona cómo se realiza el tratamiento térmico.La razón principal de esta situación sigue siendo el problema antes mencionado de las regiones sensibilizadas donde el acero inoxidable austenítico produce corrosión intergranular.
GB8547-87 "Placa revestida de acero de titanio" estipula que el sistema de tratamiento térmico para el tratamiento térmico de alivio de tensión de la placa revestida de acero de titanio es: 540 ℃ ± 25 ℃, conservación del calor durante 3 horas.Y esta temperatura está justo en el rango de temperatura de sensibilización del acero inoxidable austenítico (400 ℃–850 ℃).
Por lo tanto, es difícil dar normas claras para el tratamiento térmico de láminas de acero inoxidable austenítico compuestas explosivas.En este sentido, nuestros diseñadores de recipientes a presión deben tener una comprensión clara, prestar suficiente atención y tomar las medidas correspondientes.
En primer lugar, el 1Cr18Ni9Ti no debe usarse para acero inoxidable revestido porque, en comparación con el acero inoxidable austenítico con bajo contenido de carbono 0Cr18Ni9, su contenido de carbono es mayor, es más probable que ocurra sensibilización y su resistencia a la corrosión intergranular es menor.
Además, cuando la carcasa y el cabezal del recipiente a presión hechos de placa de acero inoxidable austenítico compuesto explosivo se utilizan en condiciones adversas, como: alta presión, fluctuaciones de presión y medios extremadamente y altamente peligrosos, se debe usar 00Cr17Ni14Mo2.Los aceros inoxidables austeníticos de carbono ultrabajo minimizan la posibilidad de sensibilización.
Los requisitos de tratamiento térmico para paneles compuestos deben establecerse claramente, y el sistema de tratamiento térmico debe determinarse en consulta con las partes pertinentes, a fin de lograr el propósito de que el material base tenga una cierta cantidad de reserva plástica y el material compuesto tenga la resistencia a la corrosión requerida.
3. ¿Se pueden usar otros métodos para reemplazar el tratamiento térmico general del equipo?Debido a las limitaciones de las condiciones del fabricante y la consideración de los intereses económicos, muchas personas han explorado otros métodos para reemplazar el tratamiento térmico general de los recipientes a presión.Aunque estas exploraciones son beneficiosas y valiosas, pero en la actualidad tampoco es un sustituto del tratamiento térmico general de los recipientes a presión.
Los requisitos para el tratamiento térmico integral no se han relajado en las normas y procedimientos actualmente vigentes.Entre las diversas alternativas al tratamiento térmico global, las más típicas son: tratamiento térmico local, método de martilleo para eliminar tensiones residuales de soldadura, método de explosión para eliminar tensiones residuales de soldadura y método de vibración, método de baño de agua caliente, etc.
Tratamiento térmico parcial: Está estipulado en 10.4.5.3 de GB150-1998 "Recipientes a presión de acero": "Juntas soldadas B, C, D, uniones soldadas tipo A que conectan la cabeza esférica y el cilindro y se permite el uso de piezas de reparación de soldadura defectuosas tratamiento térmico parcial.Método de tratamiento térmico.”Esta regulación significa que el método de tratamiento térmico local no está permitido para la soldadura Clase A en el cilindro, es decir: no se permite que todo el equipo use el método de tratamiento térmico local, una de las razones es que la tensión residual de la soldadura no puede ser eliminado simétricamente.
El método de martilleo elimina la tensión residual de la soldadura: es decir, a través del martilleo manual, se superpone una tensión de laminación en la superficie de la unión soldada, compensando así parcialmente el efecto adverso de la tensión residual de tracción.
En principio, este método tiene un cierto efecto inhibitorio sobre la prevención del agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Sin embargo, debido a que no hay indicadores cuantitativos y procedimientos operativos más estrictos en el proceso de operación práctica, y el trabajo de verificación para la comparación y el uso no es suficiente, no ha sido adoptado por el estándar actual.
Método de explosión para eliminar la tensión residual de la soldadura: el explosivo se fabrica especialmente en forma de cinta y la pared interna del equipo se pega a la superficie de la unión soldada.El mecanismo es el mismo que el método del martillo para eliminar la tensión residual de la soldadura.
Se dice que este método puede compensar algunas de las deficiencias del método de martilleo para eliminar la tensión residual de la soldadura.Sin embargo, algunas unidades han utilizado el tratamiento térmico general y el método de explosión para eliminar la tensión residual de soldadura en dos tanques de almacenamiento de GLP con las mismas condiciones.Años más tarde, la inspección de apertura del tanque encontró que las uniones soldadas del primero estaban intactas, mientras que las uniones soldadas del tanque de almacenamiento cuya tensión residual fue eliminada por el método de explosión presentaban muchas grietas.De esta manera, el otrora popular método de explosión para eliminar la tensión residual de la soldadura es silencioso.
Existen otros métodos para soldar el alivio de la tensión residual que, por diversas razones, no han sido aceptados por la industria de recipientes a presión.En una palabra, el tratamiento térmico general posterior a la soldadura de los recipientes a presión (incluido el tratamiento térmico secundario en el horno) tiene las desventajas de un alto consumo de energía y un tiempo de ciclo largo, y enfrenta varias dificultades en la operación real debido a factores como el estructura del recipiente a presión, pero sigue siendo la actual industria de recipientes a presión.El único método para eliminar la tensión residual de soldadura que es aceptable en todos los aspectos.
Hora de publicación: 25-jul-2022