Overweging van warmtebehandeling bij het ontwerpen van drukvaten

Het lassen van belangrijke componenten, het lassen van gelegeerd staal en het lassen van dikke onderdelen vereisen allemaal voorverwarmen vóór het lassen.De belangrijkste functies van voorverwarmen vóór het lassen zijn als volgt:

(1) Voorverwarmen kan de afkoelsnelheid na het lassen vertragen, wat bevorderlijk is voor het ontsnappen van diffundeerbare waterstof in het lasmetaal en door waterstof veroorzaakte scheuren voorkomt.Tegelijkertijd wordt de hardingsgraad van de las en de door hitte beïnvloede zone verminderd en wordt de scheurvastheid van de lasverbinding verbeterd.

(2) Voorverwarmen kan lasspanning verminderen.Gelijkmatige lokale voorverwarming of algehele voorverwarming kan het temperatuurverschil (ook wel temperatuurgradiënt genoemd) tussen de te lassen werkstukken in de lasruimte verkleinen.Op deze manier wordt enerzijds de lasspanning verminderd en anderzijds de lasspanning verminderd, wat gunstig is om lasscheuren te voorkomen.

(3) Voorverwarmen kan de weerstand van de gelaste constructie verminderen, met name de weerstand van de hoekverbinding.Met de toename van de voorverwarmingstemperatuur neemt het optreden van scheuren af.

De keuze van de voorverwarmingstemperatuur en de interpasstemperatuur is niet alleen gerelateerd aan de chemische samenstelling van het staal en de elektrode, maar ook aan de stijfheid van de gelaste structuur, de lasmethode, de omgevingstemperatuur, enz., die moeten worden bepaald na een uitgebreide overweging van deze factoren.

Daarnaast hebben de uniformiteit van de voorverwarmingstemperatuur in de dikterichting van de staalplaat en de uniformiteit in de laszone een belangrijke invloed op het verminderen van de lasspanning.De breedte van lokale voorverwarming moet worden bepaald op basis van de beperking van het te lassen werkstuk.Over het algemeen moet het drie keer de wanddikte rond het lasgebied zijn en mag het niet minder zijn dan 150-200 mm.Als het voorverwarmen niet uniform is, zal het de lasspanning verhogen in plaats van de lasspanning te verminderen.

Er zijn drie doelen van warmtebehandeling na het lassen: het elimineren van waterstof, het elimineren van lasspanning, het verbeteren van de lasstructuur en de algehele prestaties.

Dehydrogeneringsbehandeling na het lassen verwijst naar de warmtebehandeling bij lage temperatuur die wordt uitgevoerd nadat het lassen is voltooid en de las niet is afgekoeld tot onder 100 °C.De algemene specificatie is om te verwarmen tot 200 ~ 350 ℃ en deze 2-6 uur te bewaren.De belangrijkste functie van de waterstofverwijderingsbehandeling na het lassen is het versnellen van het ontsnappen van waterstof in de las en de door hitte beïnvloede zone, wat uiterst effectief is bij het voorkomen van lasscheuren tijdens het lassen van laaggelegeerd staal.

Tijdens het lasproces, vanwege de niet-uniformiteit van verwarming en koeling, en de beperking of externe beperking van het onderdeel zelf, zal er altijd lasspanning worden gegenereerd in het onderdeel nadat het laswerk is voltooid.De aanwezigheid van lasspanning in het onderdeel zal het werkelijke draagvermogen van het gelaste verbindingsgebied verminderen, plastische vervorming veroorzaken en in ernstige gevallen zelfs leiden tot beschadiging van het onderdeel.

Warmtebehandeling met spanningsverlichting is het verminderen van de vloeigrens van het gelaste werkstuk bij hoge temperatuur om het doel van het ontspannen van de lasspanning te bereiken.Er zijn twee veelgebruikte methoden: de ene is de algemene ontlaatmethode bij hoge temperatuur, dat wil zeggen dat het hele laswerk in de verwarmingsoven wordt geplaatst, langzaam wordt verwarmd tot een bepaalde temperatuur, vervolgens gedurende een bepaalde tijd wordt bewaard en uiteindelijk wordt afgekoeld in de lucht of in de oven.

Op deze manier kan 80%-90% van de lasspanning worden geëlimineerd.Een andere methode is lokaal temperen bij hoge temperatuur, dat wil zeggen alleen de las en het omliggende gebied verwarmen en vervolgens langzaam afkoelen, waardoor de piekwaarde van de lasspanning wordt verlaagd, de spanningsverdeling relatief vlak wordt en de lasspanning gedeeltelijk wordt geëlimineerd.

Nadat sommige materialen van gelegeerd staal zijn gelast, zullen hun lasverbindingen een geharde structuur lijken, wat de mechanische eigenschappen van het materiaal zal verslechteren.Bovendien kan deze verharde structuur leiden tot de vernietiging van de verbinding onder invloed van lasspanning en waterstof.Na warmtebehandeling is de metallografische structuur van de verbinding verbeterd, zijn de plasticiteit en taaiheid van de lasverbinding verbeterd en zijn de uitgebreide mechanische eigenschappen van de lasverbinding verbeterd.

Dehydrogenatiebehandeling is om gedurende een bepaalde tijd warm te blijven binnen het verwarmingstemperatuurbereik van 300 tot 400 graden.Het doel is om de ontsnapping van waterstof in de lasverbinding te versnellen en het effect van dehydrogeneringsbehandeling is beter dan dat van naverwarming bij lage temperatuur.

Warmtebehandeling na het lassen en na het lassen, tijdige naverwarming en dehydrogenatiebehandeling na het lassen zijn een van de effectieve maatregelen om koudescheuren bij het lassen te voorkomen.Door waterstof veroorzaakte scheuren veroorzaakt door ophoping van waterstof bij meerlaags en meerlaags lassen van dikke platen moeten worden behandeld met 2 tot 3 tussentijdse waterstofverwijderingsbehandelingen.

Overweging van warmtebehandeling bij het ontwerpen van drukvaten

Overweging van warmtebehandeling bij het ontwerp van drukvaten Warmtebehandeling, als een traditionele en effectieve methode om metaaleigenschappen te verbeteren en te herstellen, is altijd een relatief zwakke schakel geweest in het ontwerp en de fabricage van drukvaten.

Drukvaten omvatten vier soorten warmtebehandelingen:

Warmtebehandeling na het lassen (warmtebehandeling voor spanningsverlichting);warmtebehandeling om materiaaleigenschappen te verbeteren;warmtebehandeling om materiaaleigenschappen te herstellen;waterstofverwijderingsbehandeling na het lassen.De focus ligt hier op het bespreken van kwesties met betrekking tot warmtebehandeling na het lassen, die veel wordt gebruikt bij het ontwerpen van drukvaten.

1. Heeft het austenitisch roestvrijstalen drukvat een warmtebehandeling na het lassen nodig?De warmtebehandeling na het lassen is om de vloeigrens van het metaalmateriaal bij hoge temperatuur te verminderen om een ​​plastic stroming te genereren op de plaats waar de spanning hoog is, om zo het doel te bereiken om lasrestspanning te elimineren, en bij de tegelijkertijd kan de plasticiteit en taaiheid van gelaste verbindingen en door hitte beïnvloede zone worden verbeterd en kan het vermogen om spanningscorrosie te weerstaan ​​worden verbeterd.Deze methode voor spanningsverlichting wordt veel gebruikt in drukvaten van koolstofstaal, laaggelegeerd staal met kubische kristalstructuur in het midden van het lichaam.

De kristalstructuur van austenitisch roestvrij staal is kubisch in het midden van het gezicht.Aangezien het metaalmateriaal van de kubische kristalstructuur met het vlak in het midden meer glijvlakken heeft dan de kubische met het lichaam in het midden, vertoont het goede taaiheid en spanningsversterkende eigenschappen.

Bovendien wordt bij het ontwerp van drukvaten vaak roestvrij staal gekozen om de twee redenen van anticorrosie en om te voldoen aan de speciale eisen van temperatuur.Bovendien is roestvrij staal duur in vergelijking met koolstofstaal en laaggelegeerd staal, dus de wanddikte zal niet erg hoog zijn.dik.

Daarom zijn er, gezien de veiligheid van normaal gebruik, geen vereisten voor warmtebehandeling na het lassen voor drukvaten van austenitisch roestvast staal.

Wat corrosie als gevolg van gebruik betreft, is materiaalinstabiliteit, zoals verslechtering veroorzaakt door abnormale bedrijfsomstandigheden zoals vermoeidheid, schokbelasting, enz., moeilijk te overwegen bij conventioneel ontwerp.Als deze situaties bestaan, moet relevant wetenschappelijk en technisch personeel (zoals: ontwerp, gebruik, wetenschappelijk onderzoek en andere relevante eenheden) diepgaand onderzoek uitvoeren, vergelijkende experimenten uitvoeren en met een haalbaar warmtebehandelingsplan komen om ervoor te zorgen dat de uitgebreide de serviceprestaties van het drukvat worden niet beïnvloed.

Anders, als de noodzaak en mogelijkheid van warmtebehandeling voor austenitisch roestvaststalen drukvaten niet volledig wordt overwogen, is het vaak onhaalbaar om simpelweg warmtebehandelingseisen te stellen voor austenitisch roestvast staal naar analogie met koolstofstaal en laaggelegeerd staal.

In de huidige norm zijn de eisen voor warmtebehandeling na het lassen van drukvaten van austenitisch roestvast staal nogal vaag.In GB150 is bepaald: "Tenzij anders gespecificeerd in de tekeningen, mogen koudgevormde austenitische roestvrijstalen koppen niet warmtebehandeld worden".

Of warmtebehandeling in andere gevallen wordt uitgevoerd, kan variëren afhankelijk van het begrip van verschillende mensen.In GB150 wordt bepaald dat de container en zijn drukcomponenten aan een van de volgende voorwaarden voldoen en een warmtebehandeling moeten ondergaan.Het tweede en derde item zijn: “Containers met spanningscorrosie, zoals containers met vloeibaar petroleumgas, vloeibare ammoniak, etc.”en “Containers die extreem of zeer giftige media bevatten”.

Daarin staat alleen: “Tenzij anders aangegeven in de tekeningen, mogen de lasverbindingen van austenitisch roestvast staal niet thermisch worden behandeld”.

Vanuit het niveau van standaardexpressie moet deze vereiste worden opgevat als voornamelijk voor de verschillende situaties die in het eerste item worden genoemd.Bovengenoemde tweede en derde situaties hoeven niet noodzakelijkerwijs te worden meegerekend.

Op deze manier kunnen de vereisten voor warmtebehandeling na het lassen van drukvaten van austenitisch roestvast staal uitgebreider en nauwkeuriger worden uitgedrukt, zodat ontwerpers kunnen beslissen of en hoe warmtebehandeling voor drukvaten van austenitisch roestvast staal moet worden toegepast op basis van de werkelijke situatie.

In artikel 74 van de 99e editie van “Capacity Regulations” staat duidelijk: “Austenitisch roestvaststalen of non-ferrometalen drukvaten hebben over het algemeen geen warmtebehandeling nodig na het lassen.Als warmtebehandeling vereist is voor speciale vereisten, moet dit op de tekening worden aangegeven.

2. Warmtebehandeling van explosieve roestvrijstalen beklede stalen plaatcontainers Explosieve roestvrijstalen beklede stalen platen worden steeds vaker gebruikt in de drukvatindustrie vanwege hun uitstekende corrosieweerstand, perfecte combinatie van mechanische sterkte en redelijke kostenprestaties.Problemen met warmtebehandeling moeten ook onder de aandacht worden gebracht van ontwerpers van drukvaten.

De technische index waar ontwerpers van drukvaten gewoonlijk belang aan hechten voor composietpanelen, is de hechtingssnelheid, terwijl de warmtebehandeling van composietpanelen vaak als zeer weinig wordt beschouwd of zou moeten worden overwogen door relevante technische normen en fabrikanten.Het proces van het stralen van metaalcomposietpanelen is in wezen het proces waarbij energie op het metalen oppervlak wordt aangebracht.

Onder invloed van hogesnelheidspuls botst het composietmateriaal schuin met het basismateriaal en in de staat van metaalstraal wordt een zigzag-composietinterface gevormd tussen het beklede metaal en het basismetaal om de binding tussen atomen te bereiken.

Het basismetaal wordt na explosieverwerking feitelijk onderworpen aan een rekversterkingsproces.

Als gevolg hiervan neemt de treksterkte σb toe, neemt de plasticiteitsindex af en is de vloeigrenswaarde σs niet duidelijk.Of het nu gaat om staal uit de Q235-serie of 16MnR, na explosieverwerking en vervolgens het testen van de mechanische eigenschappen, vertonen ze allemaal het bovenstaande spanningsversterkende fenomeen.In dit opzicht vereisen zowel de met titaanstaal beklede plaat als de met nikkelstaal beklede plaat dat de beklede plaat wordt onderworpen aan een spanningsontlastingswarmtebehandeling na explosieve samenstelling.

De 99e editie van de “capaciteitsmeter” heeft hier ook duidelijke regels over, maar dergelijke regels zijn er niet voor de explosieve composiet austenitische roestvaststalen plaat.

In de huidige relevante technische normen is de vraag of en hoe de austenitische roestvaststalen plaat na explosieverwerking moet worden verwarmd, relatief vaag.

GB8165-87 "Roestvrijstalen beklede stalen plaat" bepaalt: "Volgens de overeenkomst tussen de leverancier en de koper kan het ook worden geleverd in een warmgewalste staat of een warmtebehandelde staat."Geleverd voor egaliseren, trimmen of snijden.Op verzoek kan het composietoppervlak gebeitst, gepassiveerd of gepolijst worden, maar ook in een thermisch behandelde toestand worden geleverd.”

Er wordt niet vermeld hoe de warmtebehandeling wordt uitgevoerd.De belangrijkste reden voor deze situatie is nog steeds het eerder genoemde probleem van gevoelig gemaakte gebieden waar austenitisch roestvast staal interkristallijne corrosie veroorzaakt.

GB8547-87 "Titanium-staal beklede plaat" bepaalt dat het warmtebehandelingssysteem voor spanningsverlichting warmtebehandeling van titanium-staal beklede plaat is: 540 ℃ ± 25 ℃, hittebehoud gedurende 3 uur.En deze temperatuur ligt net in het sensibiliseringstemperatuurbereik van austenitisch roestvrij staal (400 ℃ – 850 ℃).

Daarom is het moeilijk om duidelijke voorschriften te geven voor de warmtebehandeling van explosief samengestelde austenitische roestvast stalen platen.Onze ontwerpers van drukvaten moeten hier een goed begrip van hebben, voldoende opletten en passende maatregelen nemen.

Allereerst mag 1Cr18Ni9Ti niet worden gebruikt voor bekleed roestvrij staal, omdat in vergelijking met koolstofarm austenitisch roestvrij staal 0Cr18Ni9 het koolstofgehalte hoger is, de kans op sensibilisatie groter is en de weerstand tegen interkristallijne corrosie is verminderd.

Bovendien, wanneer het drukvatomhulsel en de kop gemaakt van explosieve composiet austenitische roestvrijstalen plaat worden gebruikt in zware omstandigheden, zoals: hoge druk, drukschommelingen en extreem en zeer gevaarlijke media, moet 00Cr17Ni14Mo2 worden gebruikt.Austenitisch roestvast staal met ultralaag koolstofgehalte minimaliseert de kans op sensibilisatie.

De warmtebehandelingsvereisten voor composietpanelen moeten duidelijk naar voren worden gebracht en het warmtebehandelingssysteem moet worden bepaald in overleg met relevante partijen, om het doel te bereiken dat het basismateriaal een bepaalde hoeveelheid plastic reserve heeft en het composietmateriaal de vereiste corrosiebestendigheid.

3. Kunnen andere methoden worden gebruikt om de algehele warmtebehandeling van de apparatuur te vervangen?Vanwege de beperkingen van de voorwaarden van de fabrikant en de overweging van economische belangen, hebben veel mensen andere methoden onderzocht om de algehele warmtebehandeling van drukvaten te vervangen.Hoewel deze verkenningen nuttig en waardevol zijn, is het op dit moment ook geen vervanging voor de algehele warmtebehandeling van drukvaten.

De vereisten voor integrale warmtebehandeling zijn niet versoepeld in de momenteel geldende normen en procedures.Onder de verschillende alternatieven voor de algehele warmtebehandeling zijn de meest typische: lokale warmtebehandeling, hamermethode om lasrestspanning te elimineren, explosiemethode om lasrestspanning en trillingsmethode te elimineren, heetwaterbadmethode, enz.

Gedeeltelijke warmtebehandeling: het is bepaald in 10.4.5.3 van GB150-1998 "Stalen drukvaten": "B, C, D gelaste verbindingen, A type gelaste verbindingen die de bolvormige kop en de cilinder verbinden en defecte lasreparatieonderdelen mogen worden gebruikt gedeeltelijke warmtebehandeling.Warmtebehandelingsmethode.”Deze verordening houdt in dat de lokale warmtebehandelingsmethode niet is toegestaan ​​voor de klasse A-las op de cilinder, dat wil zeggen: de hele apparatuur mag de lokale warmtebehandelingsmethode niet gebruiken, een van de redenen is dat de lasrestspanning niet kan worden symmetrisch geëlimineerd.

De hamermethode elimineert lasrestspanning: dat wil zeggen, door handmatig hameren wordt een lamineringsspanning op het oppervlak van de lasverbinding gelegd, waardoor het nadelige effect van resttrekspanning gedeeltelijk wordt gecompenseerd.

In principe heeft deze methode een zekere remmende werking op het voorkomen van spanningscorrosie.

Omdat er echter geen kwantitatieve indicatoren en striktere werkprocedures zijn in het praktische bedieningsproces en het verificatiewerk voor vergelijking en gebruik niet voldoende is, is het niet overgenomen door de huidige norm.

Explosiemethode om resterende lasspanning te elimineren: het explosief wordt speciaal in een tapevorm gemaakt en de binnenwand van de apparatuur wordt op het oppervlak van de lasverbinding geplakt.Het mechanisme is hetzelfde als dat van de hamermethode om lasrestspanning te elimineren.

Er wordt gezegd dat deze methode enkele van de tekortkomingen van de hamermethode kan goedmaken om restspanning bij het lassen te elimineren.Sommige units hebben echter de algehele warmtebehandeling en de explosiemethode gebruikt om lasrestspanning op twee LPG-opslagtanks met dezelfde omstandigheden te elimineren.Jaren later ontdekte de tankopeningsinspectie dat de lasverbindingen van de eerste intact waren, terwijl de lasverbindingen van de opslagtank waarvan de restspanning door de explosiemethode werd geëlimineerd, veel scheuren vertoonden.Op deze manier is de eens zo populaire explosiemethode om lasrestspanning te elimineren geruisloos.

Er zijn andere methoden voor het lassen van restspanning, die om verschillende redenen niet zijn geaccepteerd door de drukvatenindustrie.Kortom, de algehele warmtebehandeling na het lassen van drukvaten (inclusief subwarmtebehandeling in de oven) heeft de nadelen van een hoog energieverbruik en een lange cyclustijd, en wordt geconfronteerd met verschillende moeilijkheden bij de daadwerkelijke werking vanwege factoren zoals de structuur van het drukvat, maar het is nog steeds de huidige drukvatindustrie.De enige methode om lasrestspanningen te elimineren die in alle opzichten acceptabel is.