Considerazione del trattamento termico nella progettazione di recipienti a pressione

La saldatura di componenti importanti, la saldatura di acciai legati e la saldatura di parti spesse richiedono tutte il preriscaldamento prima della saldatura.Le funzioni principali del preriscaldamento prima della saldatura sono le seguenti:

(1) Il preriscaldamento può rallentare la velocità di raffreddamento dopo la saldatura, il che favorisce la fuoriuscita di idrogeno diffusibile nel metallo saldato ed evita le crepe indotte dall'idrogeno.Allo stesso tempo, il grado di indurimento della saldatura e della zona termicamente alterata viene ridotto e la resistenza alla rottura del giunto saldato viene migliorata.

(2) Il preriscaldamento può ridurre lo stress di saldatura.Il preriscaldamento locale uniforme o il preriscaldamento generale possono ridurre la differenza di temperatura (nota anche come gradiente di temperatura) tra i pezzi da saldare nell'area di saldatura.In questo modo, da un lato, si riduce lo stress di saldatura e, dall'altro, si riduce la velocità di deformazione della saldatura, il che è vantaggioso per evitare cricche di saldatura.

(3) Il preriscaldamento può ridurre il vincolo della struttura saldata, in particolare il vincolo del raccordo filettato.Con l'aumentare della temperatura di preriscaldo diminuisce l'incidenza di cricche.

La selezione della temperatura di preriscaldamento e della temperatura di interpass non è solo correlata alla composizione chimica dell'acciaio e dell'elettrodo, ma anche alla rigidità della struttura saldata, al metodo di saldatura, alla temperatura ambiente, ecc., che dovrebbe essere determinata dopo un esame completo di questi fattori.

Inoltre, l'uniformità della temperatura di preriscaldamento nella direzione dello spessore della lamiera di acciaio e l'uniformità nella zona di saldatura hanno un'influenza importante sulla riduzione dello stress di saldatura.La larghezza del preriscaldamento locale deve essere determinata in base al vincolo del pezzo da saldare.Generalmente, dovrebbe essere tre volte lo spessore della parete attorno all'area di saldatura e non dovrebbe essere inferiore a 150-200 mm.Se il preriscaldamento non è uniforme, invece di ridurre lo stress di saldatura, aumenterà lo stress di saldatura.

Ci sono tre scopi del trattamento termico post-saldatura: eliminare l'idrogeno, eliminare lo stress di saldatura, migliorare la struttura della saldatura e le prestazioni complessive.

Il trattamento di deidrogenazione post-saldatura si riferisce al trattamento termico a bassa temperatura eseguito dopo che la saldatura è stata completata e la saldatura non è stata raffreddata al di sotto di 100 °C.La specifica generale è di riscaldare a 200 ~ 350 ℃ e mantenerlo per 2-6 ore.La funzione principale del trattamento di eliminazione dell'idrogeno post-saldatura è quella di accelerare la fuoriuscita dell'idrogeno nella zona di saldatura e termicamente alterata, che è estremamente efficace nel prevenire le cricche di saldatura durante la saldatura di acciai bassolegati.

Durante il processo di saldatura, a causa della non uniformità di riscaldamento e raffreddamento, e del vincolo o vincolo esterno del componente stesso, si genererà sempre una sollecitazione di saldatura nel componente dopo il completamento del lavoro di saldatura.L'esistenza di sollecitazioni di saldatura nel componente ridurrà l'effettiva capacità portante dell'area del giunto saldato, causerà deformazioni plastiche e, nei casi più gravi, porterà anche al danneggiamento del componente.

Il trattamento termico antistress serve a ridurre la resistenza allo snervamento del pezzo saldato ad alta temperatura per raggiungere lo scopo di rilassare lo stress di saldatura.Esistono due metodi comunemente usati: uno è il rinvenimento generale ad alta temperatura, ovvero l'intera saldatura viene messa nel forno di riscaldamento, riscaldata lentamente a una certa temperatura, quindi mantenuta per un periodo di tempo e infine raffreddata all'aria o nella fornace.

In questo modo è possibile eliminare l'80%-90% dello stress di saldatura.Un altro metodo è il rinvenimento locale ad alta temperatura, ovvero riscaldando solo la saldatura e l'area circostante, quindi raffreddando lentamente, riducendo il valore di picco della sollecitazione di saldatura, rendendo la distribuzione della sollecitazione relativamente piatta ed eliminando parzialmente la sollecitazione di saldatura.

Dopo che alcuni materiali in acciaio legato sono stati saldati, i loro giunti saldati appariranno struttura indurita, che deteriorerà le proprietà meccaniche del materiale.Inoltre, questa struttura indurita può portare alla distruzione del giunto sotto l'azione dello stress di saldatura e dell'idrogeno.Dopo il trattamento termico, la struttura metallografica del giunto viene migliorata, la plasticità e la tenacità del giunto saldato vengono migliorate e le proprietà meccaniche complete del giunto saldato vengono migliorate.

Il trattamento di deidrogenazione consiste nel mantenere caldo per un periodo di tempo compreso nell'intervallo di temperatura di riscaldamento compreso tra 300 e 400 gradi.Lo scopo è accelerare la fuoriuscita dell'idrogeno nel giunto saldato e l'effetto del trattamento di deidrogenazione è migliore di quello del post-riscaldamento a bassa temperatura.

Il trattamento termico post-saldatura e post-saldatura, il tempestivo post-riscaldamento e il trattamento di deidrogenazione dopo la saldatura sono una delle misure efficaci per prevenire le cricche da freddo nella saldatura.Le crepe indotte dall'idrogeno causate dall'accumulo di idrogeno nella saldatura multi-pass e multi-strato di lamiere spesse devono essere trattate con 2 o 3 trattamenti intermedi di rimozione dell'idrogeno.

Considerazione del trattamento termico nella progettazione di recipienti a pressione

Considerazione del trattamento termico nella progettazione di recipienti a pressione Il trattamento termico, come metodo tradizionale ed efficace per migliorare e ripristinare le proprietà dei metalli, è sempre stato un anello relativamente debole nella progettazione e produzione di recipienti a pressione.

I recipienti a pressione prevedono quattro tipi di trattamenti termici:

Trattamento termico post-saldatura (trattamento termico di distensione);trattamento termico per migliorare le proprietà del materiale;trattamento termico per ripristinare le proprietà del materiale;trattamento di eliminazione dell'idrogeno post-saldatura.L'obiettivo qui è discutere le questioni relative al trattamento termico post-saldatura, che è ampiamente utilizzato nella progettazione di recipienti a pressione.

1. Il recipiente a pressione in acciaio inossidabile austenitico necessita di trattamento termico post-saldatura?Il trattamento termico post-saldatura consiste nell'utilizzare la riduzione del limite di snervamento del materiale metallico ad alta temperatura per generare flusso plastico nel punto in cui lo stress è elevato, in modo da raggiungere lo scopo di eliminare lo stress residuo di saldatura, e al allo stesso tempo può migliorare la plasticità e la tenacità dei giunti saldati e della zona interessata dal calore e migliorare la capacità di resistere alla tensocorrosione.Questo metodo di distensione è ampiamente utilizzato in acciaio al carbonio, recipienti a pressione in acciaio a bassa lega con struttura cristallina cubica a corpo centrato.

La struttura cristallina dell'acciaio inossidabile austenitico è cubica a facce centrate.Poiché il materiale metallico della struttura cristallina cubica a facce centrate ha più piani di scorrimento rispetto al cubico a corpo centrato, presenta buone proprietà di tenacità e rinforzo della deformazione.

Inoltre, nella progettazione di recipienti a pressione, l'acciaio inossidabile viene spesso selezionato per i due scopi di anticorrosione e per soddisfare i requisiti speciali di temperatura.Inoltre, l'acciaio inossidabile è costoso rispetto all'acciaio al carbonio e all'acciaio bassolegato, quindi il suo spessore della parete non sarà molto elevato.spesso.

Pertanto, considerando la sicurezza del normale funzionamento, non sono necessari requisiti di trattamento termico post-saldatura per recipienti a pressione in acciaio inossidabile austenitico.

Per quanto riguarda la corrosione dovuta all'uso, l'instabilità del materiale, come il deterioramento causato da condizioni operative anomale come fatica, carico d'urto, ecc., è difficile da considerare nella progettazione convenzionale.Se esistono queste situazioni, il personale scientifico e tecnico pertinente (come: progettazione, uso, ricerca scientifica e altre unità pertinenti) deve condurre ricerche approfondite, esperimenti comparativi e elaborare un piano di trattamento termico fattibile per garantire che il completo le prestazioni di servizio del recipiente a pressione non sono influenzate.

Altrimenti, se la necessità e la possibilità del trattamento termico per i recipienti a pressione in acciaio inossidabile austenitico non sono completamente considerate, spesso non è fattibile stabilire semplicemente i requisiti del trattamento termico per l'acciaio inossidabile austenitico per analogia con l'acciaio al carbonio e l'acciaio bassolegato.

Nella norma attuale, i requisiti per il trattamento termico post-saldatura dei recipienti a pressione in acciaio inossidabile austenitico sono piuttosto vaghi.È stipulato in GB150: "Se non diversamente specificato nei disegni, le teste in acciaio inossidabile austenitico formate a freddo non possono essere trattate termicamente".

Per quanto riguarda il fatto che il trattamento termico venga eseguito in altri casi, può variare a seconda della comprensione di persone diverse.È stabilito in GB150 che il contenitore e i suoi componenti in pressione soddisfino una delle seguenti condizioni e debbano essere sottoposti a trattamento termico.La seconda e la terza voce sono: “Contenitori con tensocorrosione, come contenitori contenenti gas di petrolio liquefatto, ammoniaca liquida, ecc.”e “Contenitori contenenti sostanze estremamente o altamente tossiche”.

In esso è solo stipulato: "Se non diversamente specificato nei disegni, i giunti saldati di acciaio inossidabile austenitico non possono essere sottoposti a trattamento termico".

Dal livello dell'espressione standard, questo requisito dovrebbe essere inteso principalmente per le varie situazioni elencate nel primo punto.Le suddette seconda e terza situazione potrebbero non essere necessariamente incluse.

In questo modo, i requisiti per il trattamento termico post-saldatura dei recipienti a pressione in acciaio inossidabile austenitico possono essere espressi in modo più completo e accurato, in modo che i progettisti possano decidere se e come trattare termicamente i recipienti a pressione in acciaio inossidabile austenitico in base alla situazione reale.

L'articolo 74 della 99a edizione del “Regolamento sulla capacità” afferma chiaramente: “I recipienti a pressione in acciaio inossidabile austenitico o metallo non ferroso generalmente non richiedono trattamento termico dopo la saldatura.Se il trattamento termico è richiesto per requisiti speciali, dovrebbe essere indicato sul disegno.

2. Trattamento termico di contenitori in lamiera d'acciaio rivestiti in acciaio inossidabile esplosivi Le piastre in acciaio rivestite in acciaio inossidabile esplosivo sono sempre più ampiamente utilizzate nell'industria dei recipienti a pressione a causa della loro eccellente resistenza alla corrosione, perfetta combinazione di resistenza meccanica e prestazioni di costo ragionevoli.Anche i problemi relativi al trattamento termico dovrebbero essere portati all'attenzione dei progettisti di recipienti a pressione.

L'indice tecnico a cui i progettisti di recipienti a pressione di solito attribuiscono importanza per i pannelli compositi è il suo tasso di incollaggio, mentre il trattamento termico dei pannelli compositi è spesso considerato molto poco o dovrebbe essere considerato dalle norme tecniche e dai produttori pertinenti.Il processo di sabbiatura dei pannelli compositi metallici è essenzialmente il processo di applicazione di energia alla superficie metallica.

Sotto l'azione dell'impulso ad alta velocità, il materiale composito collide obliquamente con il materiale di base e, nello stato del getto di metallo, si forma un'interfaccia composita a zigzag tra il metallo rivestito e il metallo di base per ottenere il legame tra gli atomi.

Il metallo di base dopo l'elaborazione dell'esplosione viene effettivamente sottoposto a un processo di rafforzamento della deformazione.

Di conseguenza, la resistenza alla trazione σb aumenta, l'indice di plasticità diminuisce e il valore della resistenza allo snervamento σs non è evidente.Che si tratti di acciaio della serie Q235 o 16MnR, dopo l'elaborazione dell'esplosione e quindi il test delle sue proprietà meccaniche, tutti mostrano il fenomeno di rafforzamento della deformazione di cui sopra.A questo proposito, sia la piastra rivestita di acciaio al titanio che la piastra rivestita di acciaio al nichel richiedono che la piastra rivestita sia sottoposta a trattamento termico di distensione dopo la composizione esplosiva.

Anche la 99a edizione del "calibro di capacità" ha regolamenti chiari su questo, ma tali regolamenti non sono previsti per la piastra composita esplosiva in acciaio inossidabile austenitico.

Negli attuali standard tecnici pertinenti, la questione se e come trattare termicamente la piastra in acciaio inossidabile austenitico dopo l'elaborazione dell'esplosione è relativamente vaga.

GB8165-87 "Stainless Steel Clad Steel Plate" stipula: "Secondo l'accordo tra il fornitore e l'acquirente, può anche essere consegnato in uno stato laminato a caldo o in uno stato trattato termicamente".Fornito per livellare, rifilare o tagliare.Su richiesta, la superficie composita può essere decapata, passivata o lucidata e può anche essere fornita allo stato trattato termicamente”.

Non si fa menzione di come viene eseguito il trattamento termico.La ragione principale di questa situazione è ancora il già citato problema delle regioni sensibilizzate dove l'acciaio inossidabile austenitico produce corrosione intergranulare.

GB8547-87 "Piastra rivestita in acciaio al titanio" stabilisce che il sistema di trattamento termico per il trattamento termico antistress della piastra rivestita in acciaio al titanio è: 540 ℃ ± 25 ℃, conservazione del calore per 3 ore.E questa temperatura è appena nell'intervallo di temperatura di sensibilizzazione dell'acciaio inossidabile austenitico (400 ℃ – 850 ℃).

Pertanto, è difficile fornire regole chiare per il trattamento termico delle lamiere di acciaio inossidabile austenitico composito esplosivo.A questo proposito, i nostri progettisti di recipienti a pressione devono avere una chiara comprensione, prestare sufficiente attenzione e adottare le misure corrispondenti.

Innanzitutto, 1Cr18Ni9Ti non dovrebbe essere utilizzato per l'acciaio inossidabile rivestito, perché rispetto all'acciaio inossidabile austenitico a basso tenore di carbonio 0Cr18Ni9, il suo contenuto di carbonio è più elevato, è più probabile che si verifichi sensibilizzazione e la sua resistenza alla corrosione intergranulare è ridotta.

Inoltre, quando l'involucro e la testa del recipiente a pressione in lamiera di acciaio inossidabile austenitico composito esplosivo vengono utilizzati in condizioni difficili, quali: alta pressione, fluttuazioni di pressione e fluidi estremamente e altamente pericolosi, è necessario utilizzare 00Cr17Ni14Mo2.Gli acciai inossidabili austenitici a bassissimo tenore di carbonio riducono al minimo la possibilità di sensibilizzazione.

I requisiti di trattamento termico per i pannelli compositi dovrebbero essere chiaramente indicati e il sistema di trattamento termico dovrebbe essere determinato in consultazione con le parti interessate, in modo da raggiungere lo scopo che il materiale di base abbia una certa quantità di riserva di plastica e il materiale composito abbia il resistenza alla corrosione richiesta.

3. È possibile utilizzare altri metodi per sostituire il trattamento termico complessivo dell'apparecchiatura?A causa dei limiti delle condizioni del produttore e della considerazione degli interessi economici, molte persone hanno esplorato altri metodi per sostituire il trattamento termico complessivo dei recipienti a pressione.Sebbene queste esplorazioni siano utili e preziose, al momento non è nemmeno un sostituto del trattamento termico complessivo dei recipienti a pressione.

I requisiti per il trattamento termico integrale non sono stati attenuati nelle norme e procedure attualmente in vigore.Tra le varie alternative al trattamento termico complessivo, le più tipiche sono: trattamento termico locale, metodo del martellamento per eliminare lo stress residuo di saldatura, metodo dell'esplosione per eliminare lo stress residuo della saldatura e metodo della vibrazione, metodo del bagno di acqua calda, ecc.

Trattamento termico parziale: è stipulato in 10.4.5.3 di GB150-1998 "Recipienti a pressione in acciaio": "Giunti saldati B, C, D, giunti saldati di tipo A che collegano la testa sferica e il cilindro e parti di riparazione di saldatura difettose possono essere utilizzate trattamento termico parziale.Metodo di trattamento termico.Questo regolamento significa che il metodo di trattamento termico locale non è consentito per la saldatura di classe A sul cilindro, ovvero: l'intera apparecchiatura non è autorizzata a utilizzare il metodo di trattamento termico locale, uno dei motivi è che la tensione residua di saldatura non può essere eliminato simmetricamente.

Il metodo della martellatura elimina la tensione residua di saldatura: cioè, attraverso la martellatura manuale, si sovrappone una tensione di laminazione sulla superficie del giunto saldato, compensando parzialmente l'effetto negativo della tensione residua di trazione.

In linea di principio, questo metodo ha un certo effetto inibitorio sulla prevenzione della tensocorrosione.

Tuttavia, poiché non ci sono indicatori quantitativi e procedure operative più rigorose nel processo operativo pratico e il lavoro di verifica per il confronto e l'uso non è sufficiente, non è stato adottato dallo standard attuale.

Metodo di esplosione per eliminare lo stress residuo della saldatura: l'esplosivo è appositamente realizzato a forma di nastro e la parete interna dell'apparecchiatura è bloccata sulla superficie del giunto saldato.Il meccanismo è lo stesso del metodo del martello per eliminare lo stress residuo della saldatura.

Si dice che questo metodo possa sopperire ad alcune delle carenze del metodo del martellamento per eliminare lo stress residuo della saldatura.Tuttavia, alcune unità hanno utilizzato il trattamento termico complessivo e il metodo dell'esplosione per eliminare lo stress residuo della saldatura su due serbatoi di stoccaggio GPL con le stesse condizioni.Anni dopo, l'ispezione all'apertura del serbatoio ha rilevato che i giunti saldati del primo erano integri, mentre i giunti saldati del serbatoio di accumulo la cui tensione residua era stata eliminata con il metodo dell'esplosione presentavano numerose crepe.In questo modo, il metodo di esplosione un tempo popolare per eliminare lo stress residuo della saldatura è silenzioso.

Esistono altri metodi per saldare la distensione residua, che per vari motivi non sono stati accettati dall'industria dei recipienti a pressione.In una parola, il trattamento termico post-saldatura complessivo dei recipienti a pressione (compreso il trattamento termico secondario nel forno) presenta gli svantaggi di un elevato consumo energetico e di un lungo tempo di ciclo e incontra varie difficoltà nel funzionamento effettivo a causa di fattori come il struttura del recipiente a pressione, ma è ancora l'attuale industria dei recipienti a pressione.L'unico metodo accettabile sotto tutti gli aspetti per eliminare lo stress residuo di saldatura.