压力容器焊接缺陷及热处理知识

小编 2022-05-19 14:33:05 710

  压力容器在石油化工生产中起着非常重要的作用。压力容器可用作反应、能量交换、分离、塔、储存和运输等石油化工设备。它们有爆炸的危险,它们的安全运行直接关系到企业生产和人身安全。因此,压力容器产品的质量一直受到国家的高度重视。近十年来,我国压力容器的设计、制造和管理都走上了法制化管理的轨道,产品质量稳步提高。

压力容器焊接缺陷及热处理知识

  焊接质量高且稳定,焊缝表面美观平整。焊接是压力容器生产的关键工序,焊接质量是保证压力容器质量的一个非常重要的环节。焊接质量受多种因素影响:焊工技能、化学成分、机械性能、焊接材料、焊接工艺和设备、环境等。都会影响焊接质量。

  为了提高压力容器的质量,国家只能通过取得制造许可证来生产。对于已取得制造许可证的厂家,应制定焊接工艺规程,生产前和焊工持证上岗,并加强质量保证体系各环节的控制和管理。目的是尽量避免减少质量隐患,保证压力容器产品质量。

  随着石油化工行业的快速发展,压力容器越来越大,越来越强,这对压力容器的质量提出了更高的要求,促进了压力容器焊接技术和工艺的不断提高。

  焊接缺陷

  1.焊接接头中会产生裂纹。

  众所周知,焊接接头在组织和力学性能上都是异质的。在焊接过程中,焊接接头熔合线附近的温度介于固相和液相之间。冷却后显微组织过热,晶粒粗大,化学成分和显微组织极不均匀,强度增加,塑性下降。熔合线外侧有一个“过热区”。在这个区域,晶粒粗大,经常出现魏氏组织和索氏体,因此韧性显著下降。

  过热区外侧为“正火区”,由于加热和冷却发生再结晶过程,产生细小均匀的铁素体和珠光体。在外面有“不安全再结晶”,加热温度在AC1和AC3之间。在这个区域,钢中的珠光体和部分铁素体转变为晶粒相对细小的奥氏体,而只有部分铁素体残留。冷却时,奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体,而未熔化成奥氏体的铁素体不发生变化,晶粒相对粗大,形成晶粒大小均匀的组织,仍保留原组织中的带状特征。

  热影响区熔池的结晶和热交换方向正好相反,即结晶方向是从热影响区到熔合线再到焊缝,第一次结晶发生在熔合线,最慢的结晶发生在熔池中心。熔池中的杂质从熔合线向中心移动,因此熔池中心易产生夹渣,熔合线处由于冷却速度快易产生裂纹。

  腐蚀开裂接头可由钢材硬化能力的裂纹、冷裂纹、再热裂纹、氢扩散引起的晶间线以及焊接规范和工人技能引起的焊接缺陷引起。实践证明,裂纹对压力容器产品质量的危害最大。

  1)热裂纹

  由于结晶过程中焊接熔池内的偏析现象,部分析出的物质多为低熔点的副产物和杂质,结晶过程以液体夹层的形式存在。由于熔点低,往往最后结晶固化,固化后强度极低。当焊接拉应力足够大时,液态夹层被拉开或凝固后不久,形成裂纹。

  2)冷裂纹

  是指焊接时在A3较低温度下冷却过程中或冷却至保温后产生的裂纹。裂纹形成温度较低,在马氏体转变区间,即200-300℃以下,故称冷裂纹。有时,焊接后几个小时或几天,甚至很长时间才出现裂纹,所以也叫延迟裂纹。危害更大。

  冷裂纹往往是电弧燃烧时空气侵入或涂层材料分解,氢进入熔池熔化在铁水中而产生的。因为高温时大量的氢溶解在铁水中,低温时溶解度大大降低。溶解在铁水中的氢从铁水中析出,氢在钢中的缺陷中扩散聚集,导致局部压力增大,促使钢产生裂纹,所以冷裂纹也叫氢致裂纹。

  在轧制过程中,钢中存在严重的层状非金属夹杂物,使得厚度方向的拉伸塑性很差,厚度方向存在很高的拉伸压力,产生阶梯式层状剥落。

  3)再加热裂纹

  一些含有合金元素如铬、钼、钒、硼的钢在焊接后不会开裂。在消除应力处理过程中,或在一定温度下长期使用后,沿热影响区晶界产生裂纹,称为再热裂纹,简称SR裂纹。

  再热裂纹是由于第一次后加热过程中的过饱和固溶体碳化物(主要是Cr、Mo、V碳化物)在再加热过程中再次析出,产生沿晶强化,使滑移应变集中在原奥氏体晶界上。当晶界的塑性不足以承受松弛应力过程中产生的应变时,就会出现再热裂纹。

  这种钢在600℃左右有一个敏感区。当温度超过650℃时,灵敏度下降。

  4)防止裂缝的方法。

  为了防止裂纹,可以限制钢材和焊接材料的S、P含量:调整钢材的化学成分;细化焊缝;提高焊接材料的碱性;改善隔离;控制焊接规范;提高焊接系数,多层多道焊,采用小线能量;铸件断弧减少弧坑。

  也可选用低氢碱性药皮焊条,药皮焊条严格干燥,按需取用。选择合理的焊接规范;焊接后立即消除氢气;提高钢材质量,减少钢中层状夹杂物;降低金融焊接应力的各种工艺措施。降低残余应力和应力集中;预热机缓冷及焊后热处理。只要使用得当,这些方法可以提高焊接质量,防止缺陷。

  至于未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边、焊缝尺寸等焊缝表面缺陷。,都可以通过无损检测进行检查,确定缺陷的位置,采取合理有效的修复工艺,精心操作也可以达到消除焊缝缺陷,保证产品内在质量的目的。

  三、焊后热处理

  焊后热处理可以消除残余应力,防止变形,也就是说可以松弛焊接残余应力,稳定尺寸和形状。焊后热处理还可以改善焊接区母材和结构件的性能:具体来说,可以软化热影响区,增加焊缝金属的韧性,提高断裂韧性,排出有害氢,提高耐腐蚀性,提高蠕变性能和疲劳强度。

  然而,焊后热处理工艺选择不当会降低焊接接头的性能。因此,焊后热处理成为眼容器制造的重要环节。焊接接头焊后热处理应用最广泛的是高温回火、正火和固熔。高温回火可以解决焊接和变形对压力容器质量的不良影响。

  1.焊后热处理可以松弛焊接残余应力。

  随着热处理温度和保温时间的提高,焊接区的残余应力相应降低。当温度升至550℃以上时,可以认为残余应力已完全消除。但保温时间的影响不如升温明显。

  2.焊接接头热影响区硬化区的软化

  由于残余应力大大降低,回火改善了金相组织、塑性和韧性,因此硬化能力降低,焊接接头的硬化区软化。

  3.焊接接头中的氢还原

  热处理过程中,焊接接头温度升高,氢的扩散速率不断增大,氢向外逸出。一般来说,加热到300℃以下,保温2-4小时就可以达到除氢的目的。而且,当加热到550-650℃时,完全可以达到除氢的目的。

  4.对焊缝金属抗拉强度的影响

  焊接热处理后,焊缝金属的抗拉强度与热处理温度和保温时间有关。热处理温度越高,保温时间越长,焊缝金属室温抗拉强度越低,合金含量越高,碳当量越大,强度降低率越大。

  5.对焊缝金属冲击韧性的影响

  热处理过度会导致任何钢种的冲击值降低。对于Cr-Mo、Cr-Mo-V以及大多数珠光体和马氏体耐热钢,适当的焊后热处理可以提高冲击韧性。对于一些高强度钢,热处理后冲击值会降低。对于碳钢和Mn-Nb-Ni钢,焊后热处理后冲击值基本不变。

  6.对脱碳层宽度的影响

  热处理温度越高,保持时间越长,脱碳层的裂纹越大。这是因为碳化物形成时元素含量不同,造成碳扩散,碳向含量低的一侧扩散,产生脱碳层,尤其是异种钢接头。

  回火是指焊件加热到500-650℃时,碳化物进一步聚集,得到铁素体和细小渗碳体-回火索氏体的混合物,称为高温回火。获得的显微组织具有良好的强度、弹性、塑性和韧性。

  正火是将焊件加热到Ac或Acm以上30-50℃,保温后出炉在空气中冷却。目的改善显微结构,细化晶粒。单一正火不能消除焊后残余应力。

  固溶热处理:将钢加热到920-1150℃并迅速冷却,使奥氏体焊接接头晶界析出的碳化物或脆性相在450-850℃时重新熔化为奥氏体,并迅速固定,获得均匀的固态熔体。以便消除晶间腐蚀。而且提高了焊接接头耐蚀性和机械性能,消除了加工硬化。固溶热处理应整体均匀加热,而不是局部加热。

  为了达到预期的焊后热处理效果,认真研究和选择合适的焊后热处理工艺非常重要。

  四、焊后热处理工艺参数应考虑如下

  a、焊件入炉时炉内的温度,

  b、加热过程中的温度上限和下限,

  c、加热速度的上限和下限,

  d、保温时间的上限和下限,

  e、冷却速率的上限和下限,

  f、出料温度,

  g、加热过程中被加热焊件各部分的温差,

  h、保温时受热焊件各部分的温差,

  i、炉内气氛。可见,影响热处理的因素很多,选择要谨慎,不可随意选择。

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