壓力容器焊接應(yīng)力的消除

1、.壓力容器焊接應(yīng)力的消除前言壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的重要設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于化工、煉油、機(jī)械、動(dòng)力、核能以及運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門(mén)。隨著工業(yè)不斷發(fā)展，壓力容器的操作條件越來(lái)越苛刻，壓力從高真空到幾萬(wàn)個(gè)大氣壓，溫度從超低溫到幾千度，尺寸也越來(lái)越大，某反應(yīng)堆容器內(nèi)徑達(dá) 6m 多，結(jié)構(gòu)也越采越復(fù)雜。同時(shí)，壓力容器所處理的介質(zhì)往往又是易燃易爆或有毒的，一旦發(fā)生事故，將給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命帶來(lái)不可估量的損失。所以加強(qiáng)壓力容器的制造質(zhì)量控制是非常必要的。1、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理及危害壓力容器制造中，焊接和熱處理是制造工藝中的關(guān)鍵工序。在焊接過(guò)程中，存在著三種附加的內(nèi)應(yīng)力，即焊接接頭各部位受熱及冷卻速度不同產(chǎn)

2、生的熱應(yīng)力；金相組織變化產(chǎn)生的組織應(yīng)力和施焊時(shí)容器結(jié)構(gòu)本身的約束產(chǎn)生的拘束應(yīng)力如果焊接工藝控制不當(dāng)， 這些應(yīng)力過(guò)大將導(dǎo)致裂紋萌生。 另外，由于材料的冷熱加工成型工藝不當(dāng)，將使受壓部件韻成型尺寸超差，若再采用強(qiáng)制組裝焊接的方法，還將引起附加的強(qiáng)制組裝應(yīng)力。這些應(yīng)力在一定條件下，影響著焊接結(jié)構(gòu)的性能。同時(shí)，對(duì)于某些結(jié)構(gòu)件，所采用的焊接方法、焊接位置和焊接工藝的不同，往往會(huì)引起焊接時(shí)產(chǎn)生輕微的空冷硬化現(xiàn)象如效果。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國(guó) 1984 年發(fā)生的一起單乙醇胺 (MEA) 吸收器容器焊接接頭破壞事故，導(dǎo)致 17 人死亡，財(cái)產(chǎn)損失超過(guò)一億美元。 該容器為圓筒形， 直徑為2.6m，長(zhǎng)度為 16M，壁厚為 2

3、5.4mm，是按照美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì) (ASME).規(guī)程中的部分規(guī)定設(shè)計(jì)制造的，該容器主要充裝丙烷和硫化氫，工作溫度為37.8'C，內(nèi)壓為 10PMa。據(jù) 198S 年發(fā)表的研究報(bào)告中公布的結(jié)果，其中一個(gè)原因就是因?yàn)樵撊萜骱负髞?lái)經(jīng)熱處理 (這是因?yàn)?ASME 規(guī)程中沒(méi)有規(guī)定 )，結(jié)果，焊接熱影響區(qū)存在潛在的對(duì)裂縫敏感的冶金組織、 硬度變化和殘余應(yīng)力，三種因素在不同化學(xué)介質(zhì)和操作溫度下，共同產(chǎn)生不同類(lèi)型的、由使用誘發(fā)的裂縫。該報(bào)告的建議中提出必須對(duì)可能產(chǎn)生熱影響區(qū)硬化的焊接接頭進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理，使將來(lái)出現(xiàn)問(wèn)題的幾率減到最小。由此可見(jiàn)，焊后殘余應(yīng)力的消除是至關(guān)重要的。長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的消

4、除殘余應(yīng)力方法是采取焊后熱處理方法，因?yàn)樗歉倪M(jìn)焊接接頭質(zhì)量的重要方法之一，但并不是唯一的方法。下面對(duì)幾種方祛加以介紹分析。2、焊后熱處理焊后熱處理，也稱(chēng)消除應(yīng)力熱處理或消除應(yīng)力退火。這一方法早巳被用來(lái)作為提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量的手段，并在世界各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程里作了具體規(guī)定。然而對(duì)此使用的術(shù)語(yǔ)并不統(tǒng)一；以前一般稱(chēng)之為退火， 近十年來(lái)，“焊后熱處理的叫法巳在世界上得到確認(rèn)。焊后熱處理可分為整體焊后熱處理和局部焊后熱處理。2.1整體焊后熱處理整體焊后熱處理分為整體爐內(nèi)焊后熱處理和整體爐外焊后熱處理。 2.1.1 整體爐內(nèi)焊后熱處理當(dāng)條件許可時(shí)， 可將整個(gè)容器放入加熱爐內(nèi)進(jìn)行整體熱處理。 一般采說(shuō)，整體

5、爐內(nèi)焊后熱處理去應(yīng)力效果比較好，特點(diǎn)是加熱和保溫均勻，溫度控制.準(zhǔn)確，消除應(yīng)力的程度可以通過(guò)溫度高低和保溫時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)調(diào)節(jié)。但值得注意的是，熱處理是一個(gè)比較復(fù)雜的工序，它不僅消耗大量的能源，而且熱處理進(jìn)行不當(dāng)； (如時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溫度過(guò)高等 )，還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)和金屬組織帶來(lái)不利的影響。雖然整體爐內(nèi)焊后熱處理有許多優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用此方法需要大型加熱爐，消耗熱能較大，費(fèi)用較高。同時(shí)制造大型熱處理爐還有個(gè)利用率的問(wèn)題，如果設(shè)備利用率不高；則有些得不償失。而且對(duì)特大型容器，如球罐、核電設(shè)備的壓力外殼等，也法在爐內(nèi)進(jìn)行，所以還需要進(jìn)行整體爐外焊盾熱處理2.1.2整體爐外焊后熱處理當(dāng)不具備大型加熱爐，或容器在現(xiàn)場(chǎng)施工組

6、焊而又需要整體焊后熱處理時(shí)，這就需要進(jìn)行整體外焊后熱處理。整體爐外焊后熟處理的一種方法是容器內(nèi)遠(yuǎn)紅外線輻射電加熱法。這種方法是采用高溫遠(yuǎn)紅外線加熱片，在容器內(nèi)部用支架將加熱片合理布置，利用熱電偶測(cè)溫，溫控儀控溫，在容器外部用保溫氈包裹保溫的方法進(jìn)行焊后整體熱處理。其特點(diǎn)是靈活性較大，設(shè)備投資較少；但操作比較麻煩，而且需要比較精確地計(jì)算熱處理所需功率，并根據(jù)容器結(jié)構(gòu)合理布置加熱和選擇測(cè)溫點(diǎn)，去應(yīng)力效果不如整體爐內(nèi)焊層熱處理，但在不具備大型加熱爐的條件下仍不失為一種較好的整體焊后熱處理方法，適用于內(nèi)件較少的容器。目前我廠巳熟練掌握了此種焊后熱處理方法，并已成功地完成了如半貧液閃蒸槽 (此設(shè)備重 3

7、8.2t，直徑 3.4m，長(zhǎng) 14m，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜 )等十多臺(tái)壓力容器的整體爐外焊后熱處理， 效果良好。整體爐外焊后熱處理的另一種方法是熱風(fēng)法。此法以丙烷、丁烷或天然氣為燃料，產(chǎn)生 780的熱風(fēng)，用高溫鼓風(fēng)機(jī)送入容器內(nèi)，容器外以絕熱層保溫，熱風(fēng)在.容器內(nèi)循環(huán)加熱容器， 達(dá)到消除應(yīng)力的目的。 這種方法風(fēng)量大， 力口熱均勻，能精確控制溫度， 適用于內(nèi)件很多的容器。 但熱風(fēng)裝置復(fù)雜， 加熱速度太慢，加熱時(shí)間長(zhǎng)達(dá)光煥發(fā)數(shù)天 ,輸風(fēng)管道長(zhǎng)，熱量損失大，需要大排風(fēng)量鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)備耗費(fèi)大。此外還有內(nèi)部燃燒法。此法是把容器本身當(dāng)作燃燒室，外部以絕熱層保溫，這種方法適用于大型球形容器的現(xiàn)場(chǎng)焊后熱處理 .2.2 局部

8、焊后熱處理局部焊后熱處理主要是對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行消除應(yīng)力處理。局部消除應(yīng)力處理不應(yīng)用局部烘烤的辦法 ,而應(yīng)整個(gè)環(huán)縫進(jìn)行。 它適用于大型壓力容器或結(jié)構(gòu)不能整體加熱的場(chǎng)合，由于運(yùn)輸上的限制必須在現(xiàn)場(chǎng)合合組裝的場(chǎng)合及現(xiàn)場(chǎng)的管道焊接等局部焊后熱處理可分為下面幾種。2.2.1遠(yuǎn)紅外線輻射加熱法此法與整體爐外焊后熱處理中的遠(yuǎn)紅外線輻射片加熱法相同，只是加熱的方式也可在容器或者說(shuō)管道的外部；遠(yuǎn)紅外電加熱器的型式也多種多樣，有框式、片式、履帶式、繩式、指式等。這些加熱器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便,上馬快、節(jié)電效果顯著等優(yōu)點(diǎn)；也帶有測(cè)溫控溫設(shè)施，靈活性比較大，對(duì)于焊縫返修和現(xiàn)場(chǎng)安裝檢修時(shí)進(jìn)行局部焊后熱處理，具有一定的優(yōu)越性

9、.2.2.2電阻絲加熱法將電阻絲編制成一定形狀的加熱裝置，在要處理的焊縫處，通電加熱。這種裝置可進(jìn)行高達(dá)1000的熱處理。 這種方法不僅可以從容器外部加熱焊縫,也可將加熱體放在容器內(nèi)部環(huán)焊縫區(qū)，兩側(cè)用兩片保溫層隔離，構(gòu)成一密閉空間，自成一加熱爐。2.2.3 局部?jī)?nèi)部燃燒法.局部?jī)?nèi)部燒燒法是用檔板將容器焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)隔離,外來(lái)語(yǔ)部保溫，構(gòu)成一燃燒室。 下部裝燃燒器加熱， 按容器組裝珠序分成幾段逐次處理。局部焊后熱處理還有工頻感應(yīng)加熱法、燃?xì)饧t外線發(fā)生器輻射加熱法、低溫火焰法等，總體來(lái)說(shuō)，局部焊后熱處理消除應(yīng)力效果不如整體焊后熱處理。同時(shí)，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中采用局部熱處理時(shí)，應(yīng)注意產(chǎn)生反作用內(nèi)應(yīng)力的可能性，這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中要給予重視。3、機(jī)械消除應(yīng)力處理機(jī)械消除應(yīng)力處理主要是采用振動(dòng)方法用振動(dòng)處理調(diào)整降低焊接殘余應(yīng)力 (VSR)方法，就是在被處理的構(gòu)件上施加一個(gè)激振力，強(qiáng)迫構(gòu)件產(chǎn)生振動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，能強(qiáng)化金屬基體，降低殘余應(yīng)力并使，結(jié)構(gòu)尺寸精度得到穩(wěn)定。目前國(guó)外已得到比較廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)在壓力容器上應(yīng)用的例子還不多見(jiàn)。許多實(shí)驗(yàn)證明，用振動(dòng)方法降低殘余應(yīng)力的效果