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分享壓力容器焊接缺陷及熱處理知識

更新時間:2019-08-22 17:33:34 星期四
摘要:

一、前言 壓力容器于石油化工生產之中占有十分重要地位。壓力容器可以充當反應、交換能量、分離、塔器、貯存、運輸等 […]

一、前言

壓力容器于石油化工生產之中占有十分重要地位。壓力容器可以充當反應、交換能量、分離、塔器、貯存、運輸等石油化工設備。它們具有炮炸危險,它們的安全運行直接關系企業生產與人身安全。因此壓力容器產品質量有史以來受到國家高度重視。近十余年用以,我國壓力容器設計、制造,管理走上了法制管理軌道,產品質量正在急劇提高。

焊接質量高且穩定,焊縫表面美觀平整。焊接成為壓力容器生產關鍵工序,焊接的質量是保證壓力容器質量十分重要環節。雙焊接質量受多種因素影響:焊工技能、剛才化學成份、力學性能、焊接材料、焊接工藝以及設備、環境等等均可以影響焊接質量。

借以提高壓力容器產品質量,國家透過取得制造許可證即可生產。對于取得制造許可證廠家,制定焊接規程,項允許生產,焊工持證上崗,加強質量保證體系各個環節控制管理,目的便是要竭力避免減少質量隱患,以此保證壓力容器產品質量。

隨著石化工業飛速發展,壓力容器正在往大型化,高強度方向發展,對于壓力容器質量提出越來越高要求,促使壓力容器焊接技術、工藝要急速提高。

二、焊接缺陷

1、焊接接頭裂紋產生

大家知道,焊接接頭是一個組織絕不均勻體與力學性能絕不均勻體。施焊接過程焊接接頭熔合線鄰近,溫度于固相與液相間,冷卻之后組織屬于這么熱組織、晶粒細大、化學成份與組織均較絕不皆勻、強度上升、塑生降低。熔合線內側作為“過熱區”,此域晶粒細大,經常出現魏氏組織與索氏體,因此韌性顯著降低。

過熱區內側作為“正在火區”,因為加熱與冷卻發生重結晶過程,得到細化細小均勻的鐵素體加珠光體。再次內側是“絕不安全重結晶去”,加熱溫度于AC1-AC3間區域,該區加熱時鋼之中珠光體與部分鐵素體轉變為晶粒較細的奧氏體,雙仍然保留部分鐵素體,于冷卻時奧氏體轉變為細小鐵素體與珠光體,因而未曾熔入奧氏體的鐵素體絕不發生轉變,晶粒較粗大,形成結晶顆粒大小皆勻組織,并且仍然保留原始組織之中的帶狀特性。

因為熱影響及區熔池的結晶與換熱方向正好相反,亦乃熱影響區到融合線到焊縫作為結晶方向,熔合線處首先結晶,熔池中心結晶最慢。使得熔池雜質改由熔合線向中心移動,因此熔池中央處易產生夾渣缺陷,因而熔合線處因為冷卻速度快,易產生裂紋。

焊接腐蝕裂接頭可以因為鋼材淬硬性產生裂紋,氫擴散產生冷裂紋,再次熱裂紋,晶間紋,及因為焊接規范與工人技能因素產生焊接缺陷等。實踐證明,裂紋對于壓力容器產品質量危害最為嚴重。

1)熱裂紋

是因為焊接熔池于結晶過程之中存在著偏析現象,偏析出的物質多為低熔點的共品與雜質,結晶過程以此液態間層存在,因為熔點低,常常最終結晶凝固,凝固之后強度亦極低。如果焊接拉伸應力足夠大時,液態間層拉開或是凝固之后不久遭拉斷因而成裂紋。

2)冷裂紋

是指焊接時于A3的下溫度冷卻之中或是冷卻至保溫之后產生的裂紋。形成裂紋溫度低,于馬氏體轉變范圍,即于200-300℃下列,故稱冷裂紋。有時候焊后幾小時或是幾天之后,而且長時間便出現裂紋,故而亦稱為延遲裂紋。其危害性越來越大。

冷裂紋常常因為電弧燃燒時空氣侵入或是藥皮物質分解等,氫進入熔池熔于鐵水之中,由于高溫時鐵水溶解大量氫氣,于低溫時溶解度大大降低,溶于鐵水之中氫自鐵水中析出,氫擴散聚集到鋼中缺陷處,產生局部壓力增大,促使鋼產生裂紋,因此冷裂紋亦稱為氫致裂紋。

鋼于軋制時外部存在嚴重層狀非金屬夾雜物,使厚度方向拉伸塑性非常差,于板厚方向存在高拉壓力,產生臺階狀層狀撒裂。

3)再次熱裂紋

一些含、Cr、Mo、V、B等合金之素的鋼材焊后絕不產生裂紋。于消應力處理時,或是于一定溫度下長時間使用之后,沿著熱影響區晶界產生裂紋,稱再次熱裂紋,簡稱SR裂紋。

再次熱裂紋是因為第一次熱后過程之中過飽和與固溶的碳化物(重要是Cr、Mo、V的碳化物),于再次加熱時,再度析出,造成晶內強化,使滑移應變集中原先奧氏體晶界,如果晶界塑性應作為能力不足以承受松弛應力過程產生的應變時便產生再次熱裂紋。

這類鋼材于600℃鄰近有一敏感區。超過650℃時敏感性減弱。

4)防止裂紋產生的方法

借以防止裂紋產生,可以限制鋼材與焊材S、P含量:調節鋼材化學成份;細化焊縫晶粒;提高焊材堿度;改善偏析;控制焊接規范,提高焊縫系數,多層多道焊,采用小線能量;鑄件斷弧,減少弧坑。

也可以選用低氫堿性焊條,焊條嚴格烘干,隨用隨??;選用合理焊接規范;焊之后立刻消氫;提高鋼材質量,減少鋼材層狀夾雜物;財務降低焊接應力的各種工藝措施。減少殘余應力與應力集中;預熱機緩冷,焊后熱處理。這些辦法,如果運用得當均可以收到提高焊接質量,防止缺陷的作用。

至于未曾焊透,未曾熔合、夾渣、氣孔、焊縫表面缺陷如咬肉,焊縫尺寸等均可以透過無損探傷檢查,定出缺陷的位置,采取合理、有效返修工藝,認真操作,亦可以達到消除焊縫缺陷,保證產品內在質量目的。

三、焊后熱處理

焊后熱處理可以消除殘余應力防止變形也就是說可以松弛焊接殘余應力,穩定尺寸與形狀。焊后熱處理亦可以改善母材,焊接區結構件的性能:具體說:可以軟化熱影響區,增加焊縫金屬延性,提高斷裂韌性,排出有害其如氫,提高抗腐蝕性能,改善蠕變性能與提高疲勞強度。

不過,焊后熱處理工藝選擇不當,不但會使焊接接頭性能降低。所以焊后熱處理成為眼里容器制造重要環節。焊接接頭焊后熱處理應用最為廣的是高溫回火、正在火及固熔化處理。高溫回火可以解決由于焊接與變形予壓力容器質量帶來的不良影響。

1、焊后熱處理可以松弛焊接殘余應力

隨著熱處理溫度升高與保溫時間延長,焊接區殘余應力相應降低,如果溫度升高到超過550℃,殘余應力可以認為完全消除。但是保溫時間影響絕不如溫度升高影響來的明顯。

2、焊接接頭熱影響區淬硬區軟化

因為殘余應力大大降低,回火改善了金相組織,提高塑性與韌性,故而淬硬性降低,使焊接接頭淬硬區軟化。

3、焊接接頭氫減少

熱處理時,焊接接頭溫度升高,氫急速增加擴散速度,往外逸出,一般說于加熱300℃下列,保溫2—4小時,可達到區氫目的,恐怕加熱到550—650℃時,去氫目的完全達到。

4、對于焊縫金屬抗拉度的影響

焊后熱處理,對于焊縫金屬抗拉強度響和熱處理溫度與保溫時間有關,熱處理溫度愈高,保溫時間越長,焊縫金屬常溫抗拉強度便愈低,并合金成份含量愈高,碳當量愈大,強度降低的比率亦愈大。

5、對于焊縫金屬沖擊韌性影響

過分的熱處理對于任何鋼種均引起沖擊值下降。對于Cr-Mo、Cr-Mo-V以及絕大部分珠光體,馬氏體耐熱鋼恰當得焊后熱處理可以提高沖擊韌性。對于某些最高點強度鋼會歷經熱處理之后沖擊值下降。對于碳素鋼、Mn-Nb-Ni鋼,焊后熱處理之后沖擊值基本無變化。

6、對于脫碳層寬度影響

熱處理溫度愈高,保溫時間越長,脫碳層狂度愈大,這是由于碳化物形成時元素含量絕不等,引起碳擴散,碳往含量低一側擴散,產生脫碳層,異種鋼接頭最為嚴重。

回火是把焊件加熱到500—650℃時,碳化物更進一步聚集,得到鐵素體與細粒滲碳體的混合物組織一回火索氏體,稱高溫回火,所得組織有良好強度、彈性、塑性與韌性。

正火是把焊件加熱到Ac或是Acm超過30—50℃,保溫之后從爐之中取出于空氣之中冷卻。目的改善組織,細化晶粒。單一正在火絕不能消除焊后殘余應力。

固熔熱處理,把鋼加熱到920—1150℃并且迅速冷卻,使奧氏體焊接接頭于450—850℃之內晶界析出碳化物或是脆性相互再次熔入奧氏體之中去,把它迅速固定下來,以此得到皆勻固熔體。進而消除其晶間腐蝕。亦提高焊接接頭耐蝕性、機械性能,消除加工硬化。固熔熱處理應整體皆勻加熱,絕不采取局部加熱法。

借以達到預期焊后熱處理效果,某種要認真研究,選擇合適的焊后熱處理工藝是十分重要的。

四、焊后熱處理工藝參數應自下列考慮

a、焊件進爐時爐內溫度,

b、加熱時溫度上限與下限,

c、加熱速度上限與下限,

d、保溫時間上限與下限,

e、冷卻速度之上、下限,

f、出爐溫度,

g、升溫過程遭加熱焊件各部位溫差,

h、保溫時遭加熱焊件的各部位溫差,

i、爐內氣氛??芍^影響熱處理因素很多,選擇應持慎重態度,不可隨意選取。

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