壓力容器焊接后退火能夠有效的消除在焊接過程中產生的內應力,預防應力所造成的變形及裂紋的出現,應力脆性破壞的有效措施之一。因此壓力容器的焊后整體退火是完全必要的。GB150-98中規定:焊接接頭厚度大于16mm的碳鋼、低合金鋼均應進行焊后退火。壓力容器的焊后退火不能僅以壓力容器的壁厚來確定,還應對下列這些結構,均應進行焊后整體退火,它們是:儲存易燃、易爆、有毒及能引起應力腐蝕等介質的壓力容器;工作溫度或環境溫度低于-20 的大型或結構復雜的設備,如球罐及易造成應力集中的結構;局部過分集中可能導致裂紋產生的設備。下面詳細論述一下壓力容器整體退火的方法和工藝。
一、壓力容器整體退火的方法
壓力容器焊后消除應力,整體退火主要有以下三種方法:
1、在固定爐內整體退火,適用于需退火容器小于退火爐,優點為加熱溫度均勻、溫差小、易控制、保溫好。
2、在固定爐內分段退火,適用于需退火容器長度大于退火爐。可分兩段加熱,先處理一段,調方向后再處理另一段,注意重復加熱段長度不小于1.5m,其缺點是能耗大,溫度難控制。
3、在固定爐外退火,適用于大型設備,不能在廠內整體制造和運輸,只能在現場焊制和整體退火,該方法加熱溫度、升降速度及溫差都很難控制。以上三種整體退火的加熱方法,我公司采用燃油加熱,主要有燃料加熱和電加熱兩種。
二、壓力容器整體退火工藝
1、焊后退火的決定因素
焊后退火的條件必須根據以下各種因素進行適當的選擇、規定及實施。
2.1 保溫溫度上限需考慮的因素
(1)相變點以下;
(2)退火鋼的回火溫度之下;
(3)在不降低其他母材及焊接區使用上,必備的性能范圍內。
2.2 保溫溫度下限需考慮的因素
(1)應力松馳效果;
(2)淬硬區的軟化;
(3)氫等氣體的排除。
2.3 保溫時間上限需考慮的因素
(1)在不降低其它母材及焊接區使用上,必備的性能范圍內;
(2)制造時間的縮短。
2.4 保溫時間下限需考慮的因素
(1)應力松馳效果;
(2)淬硬區的軟化;
(3)氫等氣體的排除;
(4)組織的穩定。
2.5 加熱速度上限需考慮的因素
(1)防止厚壁件溫度的不均勻;
(2)防止因形狀和尺寸的變化引起溫度不均勻;
(3)防止變形及裂紋。
2.6 加熱速度下限需考慮的因素
(1)爐溫控制;
(2)制造時間的縮短。
2.7 冷卻速度上限需考慮的因素
(1)防止厚壁件溫度的不均勻;
(2)防止因形狀和尺寸的變化引起溫度不均勻;(3)防止殘余應力的再發生,變形和裂紋。
2.8 冷卻速度下限需考慮的因素
(1)爐溫控制;
(2)母材及焊接區的性能;
(3)防止再熱裂紋。
2.9 入爐溫度上限需考慮的因素
(1)防止變形及裂紋;
(2)防止因形狀和尺寸的變化引起溫度不均勻。
2.10 出爐溫度上限需考慮的因素
(1)防止因形狀和尺寸的變化引起溫度不均勻;
(2)防止殘余應力的再發生,變形和裂紋。
2.11 加熱溫度
現在使用的調質用碳素鋼的較低回火溫度一般為600 左右,如PWHT的溫度太高,就會影響鋼材強度,因此規定溫度上限要低于回火溫度。設計時規定的條件與實施條件之間(考慮了退火爐或方法的能力及管理)的關系。
2.12保溫時間
當所采用的加熱溫度比正規的加熱溫度低時,在現行的各種規定中,都采取大幅度地延長保溫時間的辦法以彌補溫度的不足。但保溫時間過長,反而會使焊縫金屬結晶粗大化,碳化物聚集或脫碳層厚度增加,從而造成機械性能、蠕變強度及缺口韌性的下降,國外有研究表明,低于某一溫度時就不能得到PWHT應有的效果。
2.13保溫溫度
保溫溫度規定為550,保溫溫度對殘余應力的降低程度有很大影響,溫度過低時,即使延長保溫時間,也不太可能取得與規定溫度同樣的效果。
2.14加熱速度
加熱速度的上限隨著板厚的增加而降低,但一般不必低于50 /h。對于超厚板結構,為了避免加熱不均勻,應采用更小一些的加熱速度。加熱過程中,因被加熱件的形狀和尺寸變化或因溫差引起的應力,在某些情況下會產生嚴重變形和破損,作為防止措施,除了控制加熱速度外,還可以采取補強的辦法。
2.15冷卻速度
冷卻速度如果過大,往往因熱應力的作用而產生變形或裂紋,并且成為殘余應力再次產生的原因。對于復雜結構、厚度等尺寸變化大的結構、具有不連續部分的結構等,要慎重地限制冷卻速度;厚度很大時,不宜采用50 /h的下限冷卻速度,建議采用200 25/t( /h)的冷卻速度(t為板厚)
2.16入爐出爐溫度
被加熱件入爐或出爐時的溫度,一般規定在400 以下。如果不根據結構件的形狀和尺寸特點予以充分降低出爐溫度,在取出后的冷卻過程中,就可能再次產生較大的殘余應力,或者是在熱應力的作用下發生裂紋或變形。在特殊場合,有時要采用100 以下的出爐溫度。400 這一規定表示作為PWHT的一部分,需要嚴格采用規定的冷卻速度的溫度下限,但并不是說在400 以下,無論采用什么樣的冷卻條件都可以。