Razmatranje toplinske obrade u dizajnu tlačnih posuda

Zavarivanje važnih komponenti, zavarivanje legiranog čelika i zavarivanje debelih dijelova zahtijevaju prethodno zagrijavanje prije zavarivanja.Glavne funkcije predgrijavanja prije zavarivanja su sljedeće:

(1) Predgrijavanje može usporiti brzinu hlađenja nakon zavarivanja, što pogoduje izlasku difuzibilnog vodika u metal zavara i izbjegava pukotine izazvane vodikom.Istodobno se smanjuje stupanj otvrdnuća zavara i zone utjecaja topline, te se poboljšava otpornost zavarenog spoja na pukotine.

(2) Predgrijavanje može smanjiti stres pri zavarivanju.Ravnomjerno lokalno predgrijavanje ili cjelokupno predgrijavanje može smanjiti temperaturnu razliku (također poznatu kao temperaturni gradijent) između obratka koji se zavaruju u području zavarivanja.Na taj način se s jedne strane smanjuje naprezanje pri zavarivanju, a s druge strane smanjuje se brzina zavarivanja, što je korisno za izbjegavanje pukotina pri zavarivanju.

(3) Predgrijavanje može smanjiti ograničenje zavarene konstrukcije, posebno ograničenje kutnog spoja.S povećanjem temperature predgrijavanja, učestalost pukotina se smanjuje.

Odabir temperature predgrijanja i temperature međuprolaza nije povezan samo s kemijskim sastavom čelika i elektrode, već i s krutošću zavarene konstrukcije, metodom zavarivanja, temperaturom okoline itd., što treba odrediti nakon sveobuhvatnog razmatranja ovih čimbenici.

Osim toga, ujednačenost temperature predgrijanja u smjeru debljine čeličnog lima i ujednačenost u zoni zavarivanja imaju važan utjecaj na smanjenje naprezanja pri zavarivanju.Širina lokalnog predgrijavanja treba se odrediti prema ograničenju izratka koji se zavaruje.Općenito, trebala bi biti tri puta veća od debljine stijenke oko područja zavara i ne smije biti manja od 150-200 mm.Ako predgrijavanje nije ravnomjerno, umjesto smanjenja naprezanja zavarivanja, ono će povećati naprezanje zavarivanja.

Tri su svrhe toplinske obrade nakon zavarivanja: eliminacija vodika, eliminacija naprezanja pri zavarivanju, poboljšanje strukture zavarivanja i ukupne izvedbe.

Obrada dehidrogenacijom nakon zavarivanja odnosi se na niskotemperaturnu toplinsku obradu koja se izvodi nakon što je zavarivanje završeno, a zavar nije ohlađen ispod 100 °C.Opća specifikacija je zagrijavanje na 200~350 ℃ i držanje 2-6 sati.Glavna funkcija tretmana eliminacije vodika nakon zavarivanja je ubrzanje istjecanja vodika u zavarivanju i zoni utjecaja topline, što je izuzetno učinkovito u sprječavanju zavarivačkih pukotina tijekom zavarivanja niskolegiranih čelika.

Tijekom procesa zavarivanja, zbog nejednolikosti zagrijavanja i hlađenja, te ograničenja ili vanjskog ograničenja same komponente, napon zavarivanja uvijek će se stvarati u komponenti nakon završetka rada zavarivanja.Postojanje naprezanja zavarivanja u komponenti će smanjiti stvarnu nosivost područja zavarenog spoja, uzrokovati plastičnu deformaciju, pa čak i dovesti do oštećenja komponente u teškim slučajevima.

Toplinska obrada za ublažavanje naprezanja je smanjenje granice razvlačenja zavarenog obratka na visokoj temperaturi kako bi se postigla svrha opuštanja naprezanja zavarivanja.Postoje dvije najčešće korištene metode: jedna je sveukupno kaljenje na visokoj temperaturi, to jest, cijeli zavar se stavlja u peć za grijanje, polako se zagrijava do određene temperature, zatim drži neko vrijeme i na kraju se ohladi na zraku ili u peći.

Na ovaj način se može eliminirati 80%-90% naprezanja pri zavarivanju.Druga metoda je lokalno kaljenje na visokoj temperaturi, to jest samo zagrijavanje zavara i njegove okoline, a zatim polagano hlađenje, smanjenje vršne vrijednosti naprezanja zavarivanja, čineći raspodjelu naprezanja relativno ravnom i djelomično eliminirajući naprezanje zavarivanja.

Nakon što su neki materijali od legiranog čelika zavareni, njihovi zavareni spojevi će izgledati stvrdnute strukture, što će pogoršati mehanička svojstva materijala.Osim toga, ova otvrdnuta struktura može dovesti do uništenja spoja pod djelovanjem naprezanja zavarivanja i vodika.Nakon toplinske obrade poboljšava se metalografska struktura spoja, poboljšava se plastičnost i žilavost zavarenog spoja te se poboljšavaju sveobuhvatna mehanička svojstva zavarenog spoja.

Tretman dehidrogenacijom je održavanje topline neko vrijeme unutar raspona temperature zagrijavanja od 300 do 400 stupnjeva.Svrha je ubrzati ispuštanje vodika u zavarenom spoju, a učinak tretmana dehidrogenacijom bolji je od učinka naknadnog zagrijavanja na niskim temperaturama.

Toplinska obrada nakon zavarivanja i zavarivanja, pravodobno naknadno zagrijavanje i dehidrogenizacija nakon zavarivanja jedna su od učinkovitih mjera za sprječavanje hladnih pukotina u zavarivanju.Pukotine izazvane vodikom uzrokovane nakupljanjem vodika kod višeprolaznog i višeslojnog zavarivanja debelih ploča treba tretirati s 2 do 3 međutretmana uklanjanja vodika.

Razmatranje toplinske obrade u dizajnu tlačnih posuda

Razmatranje toplinske obrade u dizajnu tlačnih posuda Toplinska obrada, kao tradicionalna i učinkovita metoda za poboljšanje i obnavljanje svojstava metala, uvijek je bila relativno slaba karika u projektiranju i proizvodnji tlačnih posuda.

Tlačne posude uključuju četiri vrste toplinske obrade:

Toplinska obrada nakon zavarivanja (toplinska obrada za smanjenje naprezanja);toplinska obrada za poboljšanje svojstava materijala;toplinska obrada za vraćanje svojstava materijala;tretman eliminacije vodika nakon zavarivanja.Ovdje je fokus na raspravi o pitanjima toplinske obrade nakon zavarivanja, koja se naširoko koristi u dizajnu tlačnih posuda.

1. Je li tlačna posuda od austenitnog nehrđajućeg čelika potrebna toplinska obrada nakon zavarivanja?Toplinska obrada nakon zavarivanja je korištenje smanjenja granice tečenja metalnog materijala na visokoj temperaturi za stvaranje plastičnog protoka na mjestu gdje je naprezanje veliko, kako bi se postigla svrha uklanjanja zaostalog naprezanja pri zavarivanju, a na isto vrijeme može poboljšati plastičnost i žilavost zavarenih spojeva i područja pod utjecajem topline, te poboljšati sposobnost otpornosti na naponsku koroziju.Ova metoda smanjenja naprezanja naširoko se koristi u posudama pod tlakom od ugljičnog čelika, niskolegiranog čelika s kubičnom kristalnom strukturom u središtu tijela.

Kristalna struktura austenitnog nehrđajućeg čelika je plošno centrirana kubična.Budući da metalni materijal kubične kristalne strukture s centrom na plohi ima više ravnina klizanja od kubika s centrom na tijelu, pokazuje dobru žilavost i svojstva ojačanja naprezanja.

Osim toga, u dizajnu tlačnih posuda, nehrđajući čelik se često odabire za dvije svrhe, antikorozivne i ispunjavanje posebnih zahtjeva temperature.Osim toga, nehrđajući čelik je skup u usporedbi s ugljičnim čelikom i niskolegiranim čelikom, tako da debljina stjenke neće biti velika.gusta.

Stoga, s obzirom na sigurnost normalnog rada, nema potrebe za zahtjevima za toplinsku obradu nakon zavarivanja za tlačne posude od austenitnog nehrđajućeg čelika.

Što se tiče korozije uslijed uporabe, nestabilnost materijala, kao što je propadanje uzrokovano nenormalnim radnim uvjetima kao što su zamor, udarno opterećenje itd., teško je uzeti u obzir u konvencionalnom dizajnu.Ako takve situacije postoje, relevantno znanstveno i tehničko osoblje (kao što su: dizajn, uporaba, znanstveno istraživanje i druge relevantne jedinice) treba provesti dubinsko istraživanje, usporedne pokuse i osmisliti izvediv plan toplinske obrade kako bi se osiguralo da sveobuhvatna ne utječe na radnu učinkovitost tlačne posude.

Inače, ako potreba i mogućnost toplinske obrade za austenitne posude pod tlakom od nehrđajućeg čelika nisu u potpunosti razmotrene, često je neizvedivo jednostavno postaviti zahtjeve za toplinsku obradu za austenitni nehrđajući čelik po analogiji s ugljičnim čelikom i niskolegiranim čelikom.

U trenutnoj normi, zahtjevi za toplinsku obradu posuda od austenitnog nehrđajućeg čelika nakon zavarivanja prilično su nejasni.U GB150 propisano je: "Osim ako nije drugačije navedeno u crtežima, hladno oblikovane glave od austenitnog nehrđajućeg čelika ne smiju se toplinski obrađivati".

Što se tiče toga da li se toplinska obrada provodi u drugim slučajevima, to može varirati ovisno o razumijevanju različitih ljudi.U GB150 propisano je da spremnik i njegove tlačne komponente ispunjavaju jedan od sljedećih uvjeta i trebaju biti toplinski obrađeni.Druga i treća stavka su: "Spremnici s naponskom korozijom, poput spremnika koji sadrže ukapljeni naftni plin, tekući amonijak itd."i „Spremnici koji sadrže izrazito ili visoko toksične medije”.

U njemu je samo propisano: "Osim ako nije drugačije navedeno na crtežima, zavareni spojevi austenitnog nehrđajućeg čelika ne smiju se toplinski obrađivati".

S razine standardnog izražavanja, ovaj zahtjev treba shvatiti kao uglavnom za različite situacije navedene u prvoj točki.Gore spomenuta druga i treća situacija možda neće nužno biti uključene.

Na ovaj način zahtjevi za toplinsku obradu nakon zavarivanja austenitnih posuda pod tlakom od nehrđajućeg čelika mogu se izraziti sveobuhvatnije i točnije, tako da dizajneri mogu odlučiti hoće li i kako toplinski obraditi posude pod tlakom od austenitnog nehrđajućeg čelika u skladu sa stvarnom situacijom.

Članak 74. 99. izdanja “Propisa o kapacitetu” jasno kaže: “Tlačne posude od austenitnog nehrđajućeg čelika ili obojenih metala općenito ne zahtijevaju toplinsku obradu nakon zavarivanja.Ako je toplinska obrada potrebna za posebne zahtjeve, to treba biti naznačeno na crtežu.”

2. Toplinska obrada spremnika od čeličnih ploča obloženih eksplozivnim nehrđajućim čelikom Eksplozivne čelične ploče obložene nehrđajućim čelikom sve se više koriste u industriji tlačnih posuda zbog svoje izvrsne otpornosti na koroziju, savršene kombinacije mehaničke čvrstoće i razumne cijene.Dizajnerima tlačnih posuda treba skrenuti pozornost i na pitanja toplinske obrade.

Tehnički indeks kojem dizajneri tlačnih posuda obično pridaju važnost za kompozitne ploče je njihova brzina vezivanja, dok se toplinska obrada kompozitnih ploča često smatra vrlo malom ili bi je trebali uzeti u obzir relevantni tehnički standardi i proizvođači.Proces pjeskarenja metalnih kompozitnih ploča u biti je proces primjene energije na metalnu površinu.

Pod djelovanjem pulsa velike brzine, kompozitni materijal se koso sudara s osnovnim materijalom, au stanju metalnog mlaza formira se cik-cak kompozitno sučelje između obloženog metala i osnovnog metala kako bi se postiglo vezivanje između atoma.

Osnovni metal nakon obrade eksplozijom zapravo se podvrgava procesu deformacijskog ojačanja.

Kao rezultat toga raste vlačna čvrstoća σb, smanjuje se indeks plastičnosti, a vrijednost granice razvlačenja σs nije očita.Bilo da se radi o čeliku serije Q235 ili 16MnR, nakon obrade eksplozijom i zatim testiranja njegovih mehaničkih svojstava, svi pokazuju gore navedeni fenomen deformacijskog ojačanja.U tom pogledu, i ploča obložena titanijem i čelikom i ploča obložena niklom i čelikom zahtijevaju da se obložena ploča podvrgne toplinskoj obradi za smanjenje naprezanja nakon eksplozivnog miješanja.

99. izdanje "mjerila kapaciteta" također ima jasne propise o tome, ali takvi propisi nisu napravljeni za eksplozivnu kompozitnu austenitnu ploču od nehrđajućeg čelika.

U trenutnim relevantnim tehničkim standardima, pitanje treba li i kako toplinski obraditi austenitnu ploču od nehrđajućeg čelika nakon obrade eksplozijom relativno je nejasno.

GB8165-87 "Čelična ploča obložena nehrđajućim čelikom" propisuje: "Prema dogovoru između dobavljača i kupca, može se isporučiti iu vruće valjanom stanju ili toplinski obrađenom stanju."Isporučuje se za izravnavanje, podrezivanje ili rezanje.Na zahtjev kompozitna površina može biti dekapirana, pasivirana ili polirana, a može se isporučiti iu toplinski obrađenom stanju.”

Ne spominje se kako se vrši toplinska obrada.Glavni razlog za ovu situaciju još uvijek je gore spomenuti problem osjetljivih područja gdje austenitni nehrđajući čelik proizvodi interkristalnu koroziju.

GB8547-87 "Ploča obložena čelikom od titana" propisuje da je sustav toplinske obrade za toplinsku obradu ploče obložene čelikom od titana: 540 ℃ ± 25 ℃, očuvanje topline 3 sata.A ova temperatura je samo u temperaturnom rasponu osjetljivosti austenitnog nehrđajućeg čelika (400 ℃–850 ℃).

Stoga je teško dati jasne propise za toplinsku obradu eksplozivnih kompozitnih austenitnih limova od nehrđajućeg čelika.U tom smislu, naši dizajneri tlačnih posuda moraju imati jasno razumijevanje, posvetiti dovoljno pažnje i poduzeti odgovarajuće mjere.

Prije svega, 1Cr18Ni9Ti ne bi se trebao koristiti za plakirani nehrđajući čelik, jer je u usporedbi s niskougljičnim austenitnim nehrđajućim čelikom 0Cr18Ni9, njegov sadržaj ugljika veći, vjerojatnije je da će doći do osjetljivosti, a njegova otpornost na interkristalnu koroziju je smanjena.

Osim toga, kada se ljuska i glava tlačne posude izrađene od eksplozivne kompozitne austenitne ploče od nehrđajućeg čelika koriste u teškim uvjetima, kao što su: visoki tlak, fluktuacije tlaka i iznimno i vrlo opasni mediji, treba koristiti 00Cr17Ni14Mo2.Austenitni nehrđajući čelici s ultra niskim udjelom ugljika smanjuju mogućnost senzibilizacije.

Zahtjevi toplinske obrade za kompozitne ploče trebaju biti jasno istaknuti, a sustav toplinske obrade treba odrediti u dogovoru s relevantnim stranama, kako bi se postigla svrha da osnovni materijal ima određenu količinu plastične rezerve, a kompozitni materijal ima potrebna otpornost na koroziju.

3. Mogu li se koristiti druge metode za zamjenu ukupne toplinske obrade opreme?Zbog ograničenja uvjeta proizvođača i razmatranja ekonomskih interesa, mnogi su ljudi istraživali druge metode za zamjenu ukupne toplinske obrade posuda pod tlakom.Iako su ova istraživanja korisna i vrijedna, trenutno nisu zamjena za cjelokupnu toplinsku obradu tlačnih posuda.

Zahtjevi za integralnu toplinsku obradu nisu ublaženi u trenutno važećim standardima i postupcima.Među raznim alternativama cjelokupnoj toplinskoj obradi, tipičnije su: lokalna toplinska obrada, metoda udara čekićem za uklanjanje zaostalog naprezanja zavarivanja, metoda eksplozije za uklanjanje zaostalog naprezanja zavarivanja i metoda vibracija, metoda vruće vodene kupelji itd.

Djelomična toplinska obrada: Određeno je u 10.4.5.3 GB150-1998 „Čelične tlačne posude”: „Dopuštena je uporaba zavarenih spojeva B, C, D, zavarenih spojeva tipa A koji povezuju kuglastu glavu i cilindar i neispravnih dijelova za popravak zavarivanja djelomična toplinska obrada.Metoda toplinske obrade.”Ovaj propis znači da metoda lokalne toplinske obrade nije dopuštena za zavar klase A na cilindru, to jest: cijela oprema ne smije koristiti metodu lokalne toplinske obrade, jedan od razloga je taj što se zaostali napon zavarivanja ne može odrediti eliminirati simetrično.

Metoda udaranja čekićem eliminira zaostalo naprezanje pri zavarivanju: to jest, ručnim udaranjem čekićem, laminacijsko naprezanje se nanosi na površinu zavarenog spoja, čime se djelomično neutralizira nepovoljan učinak zaostalog vlačnog naprezanja.

U principu, ova metoda ima određeni inhibitorni učinak na sprječavanje pucanja od korozije na naprezanje.

Međutim, budući da nema kvantitativnih pokazatelja i strožih operativnih postupaka u procesu praktičnog rada, a verifikacijski rad za usporedbu i korištenje nije dovoljan, nije usvojen važećom normom.

Metoda eksplozije za uklanjanje zaostalog naprezanja pri zavarivanju: Eksploziv je posebno izrađen u obliku trake, a unutarnja stijenka opreme zalijepljena je na površinu zavarenog spoja.Mehanizam je isti kao kod metode čekića za uklanjanje zaostalog naprezanja pri zavarivanju.

Rečeno je da ova metoda može nadoknaditi neke od nedostataka metode udaranja čekićem kako bi se uklonio zaostali napon zavarivanja.Međutim, neke jedinice su koristile sveukupnu toplinsku obradu i metodu eksplozije kako bi eliminirale zaostalo naprezanje od zavarivanja na dva spremnika LPG-a pod istim uvjetima.Godinama kasnije pregledom otvaranja spremnika utvrđeno je da su zavareni spojevi prvog bili netaknuti, dok su zavareni spojevi spremnika čiji je zaostali napon eliminiran eksplozivnom metodom pokazivali mnoge pukotine.Na ovaj način, nekoć popularna metoda eksplozije za uklanjanje zaostalog naprezanja zavarivanja je tiha.

Postoje i druge metode zavarivanja za smanjenje zaostalog naprezanja, koje iz raznih razloga nisu prihvaćene u industriji tlačnih posuda.Jednom riječju, ukupna toplinska obrada tlačnih posuda nakon zavarivanja (uključujući podtoplinsku obradu u peći) ima nedostatke velike potrošnje energije i dugog vremena ciklusa, te se suočava s raznim poteškoćama u stvarnom radu zbog čimbenika kao što su struktura tlačne posude, ali to je još uvijek trenutna industrija tlačnih posuda.Jedina metoda uklanjanja zaostalog naprezanja pri zavarivanju koja je prihvatljiva u svakom pogledu.