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                最全的压力容器焊接缺陷及热处理知识

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                最全的压力容器焊接缺陷及热处理知识

                天枢子刘明强 压力容╲器人
                压▽力容器人

                PvPeople

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                收录于话』题

                欢迎找到组织!点击上方 压力容器人关注

                一、前言

                压力容器在石油化工生产中占有十分重要地位。压力容器可以充当︻反应、交换能量、分离、塔器、贮存、运输等⌒ 石油化工设备。它们→具有炮炸危险,它们的安全运行直接关系企∑业生产和人身安全。所以压力容器产品质量历来受到国家高度重视。近十余年来,我国压力容器设计、制造,管』理走上了法制管理轨道,产品质量正△稳步提高。
                焊接质量▽高且稳定,焊缝表面美观平整。焊接成为压力容器生产关键工序,焊接的质量是保证压力容器质量非常重要环节。单焊接质量受多种因素影响:焊工技能、刚才化●学成份、力学性能、焊接材料、焊〗接工艺及设备、环境等等都可以影响焊︾接质量。
                为了提高压力●容器产品质量,国家通过取得制造许可证方可生产。对取得制造许可证厂家,制定焊接规程,方允许生产,焊工持证上岗,加强质量保证∏体系各个环节控制管理,目的@就是要尽力避免减少质量隐患,以◥保证压力容器产品质量。
                随着石化工业飞速发展,压力容器正向大型化,高强度方向发展,对压力容器质量提出更高要求,促使压力容器焊接技术、工艺要不断提高◥。

                二、焊接缺陷

                1、焊接接头裂纹▂产生
                大家知道,焊接接头是一◤个组织不均匀体和力学性能不均匀体。施焊接过程焊接接头熔合线附近,温度在固相和液相之间,冷却后组织属于过热组织、晶粒粗大、化学成份和组织都极不均匀、强度上升、塑生降低。熔合线外侧为“过热区”,此域晶粒粗大,常出现魏氏组织和◥索氏体,因而韧性显著∩降低。
                过热区外侧为“正火区”,由于加热和冷却发生重结晶过程,得到细化细小均匀的铁素体加珠光体。再外侧是“不安全重结晶去”,加热≡温度在AC1-AC3之间区域,该区加热时钢中珠光体和部分铁素体转变为◥晶粒比较细的奥氏体,单仍保留部分铁素体,在冷却时奥氏体转变为细小铁素体和珠光体,而未熔入奥氏体的铁素体不发生转变,晶粒比较粗大,形成结晶颗粒大小均匀组织,并仍保留原始组织中的带状特性。
                由于热影响及区熔池的结晶和换热方向刚好【相反,也即热影响区至融合线至焊缝为结晶方向,熔合线◣处最先结晶,熔池中心结晶最慢。使得熔池杂质由熔合线向中心移动,因而熔池中央处易产生夹渣缺陷,而熔合线处由于冷却速度快,易产生裂纹№。
                焊接腐蚀裂接头可以由于钢材淬硬性产生裂纹︻,氢扩散产生↑冷裂纹,再热裂纹,晶间纹,以及由于焊接规范和工人技能因素产生焊接缺陷等。实践证明,裂纹对压力容器产品质量危害最严重。
                1)热裂纹
                是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象▲,偏析出的〖物质多为低熔点的共品和杂质,结晶过程以液态间层存ζ在,由于熔点低,往往最后结晶凝固,凝固后强度也极低。当焊接拉伸应力足够大时,液态间层拉开或凝固后不久被拉断而成裂纹。
                2)冷裂纹
                是指焊接时在A3的下温度冷却中或冷♂却至保温以后产生的●裂纹。形成⌒ 裂纹温度低,在马氏体转变范围,即在200-300℃以下,故称冷裂纹。有时焊后几小时或几天后,甚至长时间才出现裂纹,故又称为延迟裂纹。其危╳害性更大。
                冷裂纹往往由于电弧燃烧时空⊙气侵入或药皮物』质分解等,氢进入ξ熔池熔于铁水中,因高温时铁水溶解大量氢气,在低温时溶解度大大降低,溶于铁水中氢从铁水中析出,氢扩散聚集到钢中缺陷处,产生局部压力增大,促使〓钢产生裂纹,所以冷裂纹又称为氢致裂纹。
                钢在轧制时内部存在ㄨ严重层状非金属夹杂物,使厚度方向拉伸塑性很差,在板厚方向存在高拉压力,产生台阶状层状撒裂。
                3)再热裂纹
                一些含、Cr、Mo、V、B等合金之素的钢材焊后不产生裂纹。在消应力处理时,或在一定温度下长时间▓使用后,沿热影响区晶♀界产生裂纹,称再∏热裂纹,简称SR裂纹。
                再热裂纹是由于第一次热后过◥程中过饱和和固溶的碳化物(主要是Cr、Mo、V的碳化物),在再加热时,再次析出,造成晶内强化,使滑移应变集中原先奥氏体晶界,当晶※界塑性应为能力不足以承受松弛应力过程产生的应变时就㊣ 产生再热裂纹。
                这类钢↘材在600℃附近ぷ有一敏感区。超过650℃时敏感性减弱。
                4)防止裂纹产生的方法
                为了防止裂纹产◥生,可以限制钢材和焊材S、P含量:调节钢材化学成份;细化焊缝晶粒;提〗高焊材碱度;改善偏析;控制焊╲接规范;提高焊缝系数,多层多道焊,采用小线能量;铸件断弧,减少弧坑。
                还可以选用低氢碱性焊条,焊条〒严格烘干,随用随取;选用合理焊接¤规范;焊后立即消氢;提高钢材质量,减少钢材层状夹杂物;财务降低焊接应力的各种工艺措施。减少残余应力和应力集中;预热机缓冷,焊※后热处理。这些办法,只要运用得当都可以收到提高焊接质量,防止缺陷的↑作用。
                至于未■焊透,未熔合、夹渣、气孔、焊缝表面缺陷如咬肉,焊缝ζ尺寸等都可以通过无损探伤检查,定出缺陷的位置,采取合理、有效返修工艺,认真操作,也可以达到消除焊缝缺陷,保证产品ω内在质量目的。

                三、焊ξ 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。焊后热处理也可以改善母材,焊接区结构件的性能:具体说:可以软化热影响区,增加焊缝金属▓延性,提高断裂韧性,排□ 出有害其如氢,提高抗腐蚀卐性能,改善蠕变性能和提高疲劳强度。
                但是,焊后热处理工艺选』择不当,反而会使焊接接头性能降低。因此焊后热处理成为眼里容器制造重要环节。焊接接头焊后热处理应用最广的是高温→回火、正火及Ψ 固熔化处理。高温回火可以※解决因焊接和变形给压力容器质量带来的不良影响。
                1、焊后热处理可以松弛焊接残余应力
                随着热处理温度升高和保温时间延长,焊接区残余应力相应降低,当温度升高到超过550℃,残余应力▅可以认为完全消除。不过保温时间影响不如温度升高影响来的明▲显。
                2、焊接接头热⊙影响区淬硬区软化
                由于残余∏应力大大降低,回火改善了金相组织,提高塑性和韧性,故而淬硬性降低,使焊接接头淬硬区软化。
                3、焊接接『头氢减少
                热处理时,焊接接头温度升高∞,氢不断增加扩散速度,向外逸出,一般说在◥加热300℃以下,保温2—4小时,可达到区氢目的,何况加热到550—650℃时,去氢目的完全达到。
                4、对焊缝金属抗拉度的影响
                焊后热处理,对焊缝金属抗拉强度●响与热处理温度和保温时间有关,热处ζ 理温度越高,保温时间△越长,焊缝金属常温抗拉强度就越低,并且合金成份含量越高,碳当量越大,强度降低的比率也越大。
                5、对焊缝金属冲击韧性影∮响
                过分的热处理对任何钢种都引起冲击值下降。对Cr-Mo、Cr-Mo-V及绝大部分〓珠光体,马氏体耐≡热钢恰当得焊后热处理可以提高冲击韧性。对某些高度强度钢会经过热处理后冲击值下降。对碳素钢、Mn-Nb-Ni钢,焊后热处︽理后冲击值基本无变化。
                6、对脱碳层宽度影响
                热处理温度越高【,保温时间越∮长,脱碳层狂〖度越大,这是因为碳【化物形成时元素含量不等,引起碳扩散,碳向含量低一侧扩散,产生脱碳层,异种钢接头尤为严重。
                回火是¤将焊件加热到500—650℃时,碳化物进一步聚集,得到铁∴素体和细粒渗碳体的混合物组织一回火索氏体,称高温回火,所得组织有良好强度、弹性、塑性和韧性。
                正火是将焊件加热▆到Ac或Acm以上30—50℃,保温后从炉中取出在空气中冷却。目的改善组▓织,细化晶粒。单一正火不能消除焊后残余应力。
                固熔热处理,将钢加热到卐920—1150℃并快速冷却,使奥氏体焊接接头在450—850℃内晶界析出碳化物或脆性相重新熔入奥∩氏体中去,将它快速固定下①来,以得到均匀固熔体。从而消除其※晶间腐蚀。也提高焊接接头耐蚀性、机械性能,消除加工硬化。固熔热处理应整体均匀加热,不采取局部加热法。
                为了达到预期焊№后热处理效果,一定要认▅真研究,选择合∏适的焊后热处理工艺是十分重要的。

                四、焊后热处理工艺参♂数应从以下考虑

                a、焊件进炉时炉内温度,
                b、加热时温度⊙上限和下限,
                c、加热速度上限和下限,
                d、保温时间上限和下限,
                e、冷却※速度上、下限,
                f、出炉温度,
                g、升温过程被加热焊件各部位温差,
                h、保温时被加热焊※件的各部位温差,
                i、炉内气氛。由此可①见影响热处理因素很多,选择应持慎重态↘度,不可随意选取。

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