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      壓力容器焊縫返修及焊后熱處理

      2019-09-10 02:51:08劉杰
      關(guān)鍵詞:壓力容器

      劉杰

      摘 要:壓力容器在檢修過程中,由于各種原因使焊縫焊接接頭出現(xiàn)一些超標(biāo)缺陷,通過返修予以消除。焊后熱處理是壓力容器焊縫返修的關(guān)鍵工藝,它不僅直接影響壓力容器的返修質(zhì)量,而且是保證壓力容器安全運(yùn)行的重要條件。本文就壓力容器焊縫返修及焊后熱處理進(jìn)行了討論分析。

      關(guān)鍵詞:壓力容器;焊縫返修;焊后熱處理

      1 工程概況

      某裝置在進(jìn)行全面檢修過程中,環(huán)焊縫與縱縫十字交叉處附近施焊位置的特殊性容易造成明顯的應(yīng)力集中情況,并且該類設(shè)備在工作時(shí),攪拌棒不斷的轉(zhuǎn)動,使得該處焊縫容易產(chǎn)生疲勞裂紋的傾向。因此檢驗(yàn)人員對該處焊縫做了重點(diǎn)檢查,在對焊縫表面清理后,對該焊縫做了目視檢查,在著色滲透檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)有20~30mm長條形裂紋缺陷。缺陷起源于焊縫處,缺陷取向與焊縫縱向幾乎平行,缺陷顯示呈直線狀細(xì)線條痕跡,中間稍寬,兩端尖細(xì)而顏色(或亮度)逐漸減淡至最后消失。需要對此缺陷進(jìn)行消除,設(shè)備焊縫局部返修,坡口尺寸受缺陷大小及現(xiàn)場操作條件影響較大,以下對現(xiàn)場開槽的坡口的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行應(yīng)力分析,得到開槽后坡口周邊的應(yīng)力分布,為制定返修方案提供參考。

      2 應(yīng)力分析

      (1)建立數(shù)值模型:確定缺陷位置,將缺陷完全刨除,并將刨槽打磨成型,槽深26mm,長40mm。設(shè)備主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示,由于設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸較大,坡口尺寸與筒體尺寸相差較大,為方便計(jì)算含坡口的圓柱面簡化為平面,且數(shù)值模型具有對稱性,其中模型高750mm,長為450mm。

      (2)網(wǎng)格劃分及應(yīng)力分析:將建立好的數(shù)值模型導(dǎo)入應(yīng)力分析軟件,首先進(jìn)行劃分網(wǎng)格,由于坡口尺寸與筒體尺寸相差較大,因此需要對坡口周邊進(jìn)行網(wǎng)格加密,節(jié)點(diǎn)數(shù)為360184,網(wǎng)格數(shù)量為156584,對網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證,結(jié)果表明網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量不影響應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,設(shè)定對稱邊界條件,壓力邊界條件,頂部筒體重力影響,底面設(shè)置為固定邊界條件,設(shè)置好后并進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可得應(yīng)力分布及變形量大小,坡口周圍存在應(yīng)力集中,坡口棱角分明,應(yīng)力集中越大,因此在現(xiàn)場返修過程中應(yīng)圓滑過渡,從而減小應(yīng)力集中的情況,減小棱角處應(yīng)力的大小,為減小焊接的難度。

      3 焊縫返修及焊后熱處理

      (1)返修主要采用局部熱處理,主要因其在極短時(shí)間內(nèi)即可完成,顯著提高了生產(chǎn)效率,避免了焊接過程的應(yīng)力集中。GB/T 150規(guī)定了局部焊后熱處理的均溫區(qū)寬度,沒有給出加熱區(qū)寬度要求。由于影響均溫區(qū)與加熱區(qū)關(guān)系的因素很多,包括加熱方法、加熱工藝、被處理焊件結(jié)構(gòu)、保溫條件和環(huán)境等諸多因素。

      (2)焊后熱處理工藝參數(shù)主要包括:保溫溫度、保溫時(shí)間、升溫速度和降溫速度。GB/T 30583-2014規(guī)定了各類鋼材的焊后熱處理規(guī)范參數(shù),主要從消除殘余應(yīng)力角度考慮,規(guī)定了不同類別鋼材的最低保溫溫度和最短保溫時(shí)間,但這只是焊后熱處理的通用要求,并沒有考慮焊接接頭的使用性能與工藝性能,國內(nèi)的絕大多數(shù)單位將這一要求作為焊后熱處理工藝卡上的規(guī)定值,這是對標(biāo)準(zhǔn)的誤解。實(shí)際上,對于具體材料和性能指標(biāo)(如強(qiáng)度、韌性、蠕變、消除應(yīng)力、高溫性能、變形等等)都有一個(gè)最佳的工藝參數(shù),這個(gè)工藝參數(shù)需要通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)確定。照抄標(biāo)準(zhǔn)中最低保溫溫度與最低保溫時(shí)間,作為產(chǎn)品熱處理工藝卡的規(guī)定實(shí)施數(shù)值,很難取得預(yù)想的結(jié)果。

      (3)無損檢測合格后,根據(jù)對設(shè)備的焊接工藝及坡口應(yīng)力分布情況,制定了焊縫返修后的局部熱處理工藝,具體工藝如表2。本次采用單面電加熱,在焊縫背面布置2層保溫棉進(jìn)行保溫。

      (4)焊后熱處理結(jié)束后,熱處理檢驗(yàn)員需要對熱處理曲線上各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查,核實(shí)所有參數(shù)均在工藝范圍之內(nèi);同時(shí)也要對外壁的母材、焊縫、熱影響區(qū)進(jìn)行硬度檢測(檢測結(jié)果如表3),所測硬度均滿足工藝要求HB≤200。

      4 結(jié)束語

      通過實(shí)踐表明,壓力容器焊縫返修及焊后熱處理是壓力容器大修的一個(gè)重要環(huán)節(jié),必須嚴(yán)格按照返修工藝,安排技術(shù)水平高的焊工、經(jīng)驗(yàn)豐富的熱處理工,同時(shí)要求操作人員認(rèn)真負(fù)責(zé),嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律,有效提高返修效率,爭取返修一次性合格,保證使用單位按期試車。

      返修過程中的焊后熱處理要慎用,根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu),對需要進(jìn)行焊后熱處理的,編制各項(xiàng)熱處理參數(shù),檢驗(yàn)結(jié)果均滿足工藝要求,則表明焊后熱處理達(dá)到了預(yù)期效果。

      參考文獻(xiàn)

      [1]趙天亮,蘇召,蘇建立.16MnDR鋼低溫壓力容器焊縫返修工藝[J].焊接技術(shù),2017,46(05):148-150.

      [2]陳超.淺談如何加強(qiáng)壓力容器的焊接質(zhì)量控制[J].化學(xué)工程與裝備,2014(09):153-154+176.

      [3]陳東浩.淺談壓力容器焊縫缺陷及返修工藝[J].科技風(fēng),2014(06):124.

      [4]吳錚.壓力容器攪拌處角焊縫缺陷淺談及返修處理[J].科技視界,2014(02):81+86.

      [5]GB/T 150-2011,壓力容器[S].

      [6]GB/T 30583-2014,承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程[S].

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