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发表于 2009-11-14 14:35:27
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1.2.3.3 双相不锈钢的开发和应用; | l6 T/ k) g; I
1 ~* }( [# W" `( ^$ s由于现代工业技术的飞跃发展,传统的奥氏体不锈钢经常受到应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等各种局部腐蚀的破坏。双相不锈钢(既铁素体—奥氏体双相不锈钢)得到开发,这类钢在上述各类局部腐蚀中表现了优于普通奥氏体不锈钢的特点,正受到日益广泛的重视。所以,近年来在压力容器行业中,用该钢制作的容器越来越多,如西安524厂已用该钢制作过几台大型塔器。这类钢制作容器的关键在于焊接工艺的制定和实施。由于国内的相应焊材还不十分成熟,故多使用进口焊材,尤以瑞典焊材为优。- X( N7 p- ?4 `" p% z
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1.2.3.4镍基耐蚀合金的焊接
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; f% |# h% c* [2 e1 F" t% A 近年来,根据需要,蒙乃尔合金(Ni—Cu合金)、因科镍合金(Ni—Cr—Fe合金)、因科洛依合金(Ni—Fe—Cr合金,如Incoloy800、Incoloy825)及哈斯特洛依合金(Ni—Cr—Mo合金)在压力容器中应用的越来越多,但容器整个壳体应用上述合金的还是少数,主要都是用来制作某一容器部件。这类合金应用的关键是焊接时最易产生热裂纹 ,所以如何保证压力容器中这部分零件的焊接质量是最为重要的。哈尔滨焊接研究所生产的HT—103低氢型药皮的镍基合金焊条,由于含有一定的Mo元素,具有优良的抗热裂性能,在镍基合金焊接以及异种钢焊接生产中,取得了良好的效果,解决了热裂问题。
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1.2.3.5高强度耐热抗氢钢的开发和应用. Z" {% v- |5 g5 e/ Z
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在石化行业中,相当一部分容器是在高温高压临氢介质下工作。长期以来,人们大量使用被称之为王牌抗氢钢的2.25Cr—1Mo钢来制作临氢设备。但随着加氢工艺技术,尤其是渣油加氢改质和煤加氢液化工艺的不断发展,加氢装置的规模越来越大,反应器的尺寸和壁厚也越来越大,设备的设计条件也更加苛刻,若仍采用一般的2.25Cr—1Mo钢来制造,往往会造成壁厚太厚,单台容器金属重量过大,不但增加成本,而且给制造、运输和安装都会带来极大的困难。为此有必要开发强度更高、使用温度更高、抗氢性能更好的新型Cr—Mo钢种。( E9 l- M6 A8 {: |
5 M& I% o- ]6 W" g0 v 国外近20年来在这方面已做了大量的工作,相继开发出了3Cr—1Mo—0.25V和2.25Cr—1Mo—0.25V钢并应用于反应器的制造。这两种新型Cr—Mo钢与普通的2.25Cr—1Mo钢相比,各方面都有明显的优越性。国内第一重型机械集团公司于1994年开始了3Cr—1Mo—0.25V钢的开发研究试验工作,经过几年的努力,已将该钢用于压力容器产品实际生产中。近两年来,国内几家主要生产临氢设备的容器厂又在进行2.25Cr—1Mo—0.25V钢的开发研究工作,并已取得一定的成绩。相信随着工业技术的不断发展,这些新型的Cr—Mo钢会越来越得到广泛的应用。
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0 H- O8 u7 I/ z5 h9 s1.2.3.6背面自保护不锈钢钨极氩弧焊丝的应用
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多年来,不锈钢氩弧焊焊接时背面金属氧化一直是焊接工艺上一大难题。一般采用背面充氩保护,但是当容器较大,管道较长或背面无法实施氩气保护时,将大量浪费氩气,且仍出现保护不好,或根本无法进行背面保护的问题。为解决这一工艺难题,日本油脂公司焊接事业部开发制造了一种背面自保护不锈钢TIG焊丝,这是一种具有特殊涂层的焊丝,涂层(即药皮)熔化后会渗透到熔池背面,形成一层致密的保护层,相当于焊条药皮的熔渣覆盖在焊缝表面,使背面金属不受氧化。冷却后这层渣壳会自动脱落,用压缩空气或水冲的方法极易清除。这种焊丝的使用方法与普通的TIG焊丝完全相同,涂层不会影响正面的电弧和熔池形态。兰石厂从珠海雅各臣发展有限公司购置了该种焊丝,使用效果相当满意,大大降低了不锈钢氩弧焊的综合成本。不过要提醒的是,该焊丝为单面焊双面成型打底焊专用焊丝,不宜用于第二层以上的焊道,否则易造成夹渣。目前国内的一些焊材厂也相应的开发并生产了此类焊丝。
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1.2.3.7丙烷、丙烯气体在热切割加工中的应用
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在热切割方面,氧-丙烷(丙烯)火焰切割技术的应用已经取得了实际效果。分析结果表明,丙烷、丙烯等气体在安全特性、燃烧特性及经济性等综合技术性能上均优越于乙炔气体。氧-丙烷火焰柔和,体积发热量比乙炔高,切割面精度高,尤其是切割厚板时不塌边不回火(体积热量大、后劲足)等优点更优于乙炔,而氧-乙炔火焰猛烈,火焰集中温度高,致使切割面硬化,热影响区宽以及合金钢切割面易产生淬硬和裂纹等弊病,不利于机械加工和焊接,由此看来丙烷等气体的推广使用已经势在必行。
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哈尔滨锅炉厂有限责任公司通过多次试验并经生产实践验证后逐步推广了氧-丙烯火焰切割。目前该厂已彻底停止了乙炔气体的生产和供应,并建立了气体供应站,将瓶装气体串联后通过管道(原乙炔气体管道)输送到各生产分厂,进而全部实现了氧-丙烯火焰切割,应用实践证明,使用乙烯等石油气体代替乙炔用于火焰切割,不仅使用安全,切割质量得到提高,而且与乙炔气体相比,价格便宜,成本低,具有显著的经济效益。尤其是减少了乙炔气体制备的能源浪费(煤、水、电)和环境污染,具有广泛的社会效益。1 q, n C3 O- _8 `+ K
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1.2.4焊接前后的热处理技术9 ?' T4 ] N+ D# b# I0 w
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近年来,在压力容器等焊接结构制造中,低合金高强钢材料的应用日趋增多,但在提高钢材强度的同时,其焊接裂纹敏感性也增强。因此,焊前预热、焊接后热及焊后热处理等工艺措施就显得至关重要,它们是保证压力容器等焊接结构件质量的关键环节,在国内外日益受到广泛重视,并作为压力容器等焊接结构制造中的专门课题来研究。
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+ [5 w+ t: m: E0 u& }( j1.2.4.1预热) \! o" f w2 \1 d
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预热是在焊接前进行的,其目的是为了降低焊缝熔敷金属和母材的冷却速度,以防止对裂纹敏感的淬硬组织和氢的共同作用而出现裂纹。预热必须采用适当的方法,将焊接接头及其附近的区域以平缓的温度梯度加热到规定温度,且不能产生有害的过热。对于预热温度的测量,一般采用便携式数显仪、测温蜡笔等。通过适当的预热,可以放宽焊后热处理条件或省略焊后热处理,这在压力容器制造标准(如GB150-1998)中得到体现。5 F3 g9 q4 F X" T# x
1 H! k$ f& Q; b 预热加热的方法有:燃气燃烧器,以管道煤气、液化石油气及天然气为燃料;电加热设备,采用指形加热元件,履带式陶瓷加热垫或感应加热等。对于大型结构件,可以将它们整体放入炉中进行预热,然后再拉出来进行焊接。压力容器上的纵缝、环缝、接管焊缝的焊接,常采用燃气燃烧器进行预热,或直接用管道煤气火焰进行加热,但热效率比较低。在没有管道煤气或使用液化气不方便的地方,较多采用电加热方式进行预热。电加热比燃气加热易于控制,但加热速度较慢,在用于截面较厚的部件时尤为明显。
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近年来,新型燃气加热器和电加热设备得到广泛的应用。例如,红外燃气加热器,引射式液化气加热器等比传统的燃气加热器提高热效率30%以上,而且更加安全和方便;随着电加热元件的发展更新,可以制做各种拆装方便、适合于加热不同形状、结构的专用电加热设备,如哈夫管道电加热器,以及专用于球形储罐焊接安装的框架式电加热器等。4 y9 j: y* _, I) g( E: n/ W
0 L: H% H' N# V2 g8 z* G1.2.4.2后热
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焊接后紧接着对焊接区进行后热处理的目的,在于排除焊接区内氢等有害气体,在一定程度上降低焊接接头的硬度。 F) U) x. y" G; t4 N
) h* m1 E; U/ w9 R/ D3 g; I在大型压力容器制造过程中,特别是用Cr-Mo钢制造的压力容器,为防止焊缝氢诱导裂纹的产生,经常需要多次进炉进行中间消除应力退火(ISR),这不仅会使生产成本上升,延长产品制造周期,而且可能会使材料的强度和韧性恶化。日本神户制钢所在二十世纪80年代就对后热消氢处理用来代替常规的中间退火(ISR)做了系统的试验研究,并证明其可行性。国内许多大型压力容器生产厂在实际产品制造过程中也经常采用后热消氢处理来代替中间退火处理,并且效果良好。当然,用后热消氢来代替中间退火,必须是在严格按照工艺规范生产的条件下进行,否则会造成严重的不良后果。
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1.2.4.3焊后热处理
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对压力容器等焊接结构进行焊后热处理,是为了提高断裂韧性、降低残余应力水平,以增强抗脆断的能力,软化材料组织和消除应力腐蚀开裂的可能性。焊后热处理按施工方法可分为炉内热处理和炉外热处理,炉外热处理又分为炉外整体热处理和局部热处理。4 M/ {3 Z: i7 E0 y
2 V- _& j" P/ N8 U$ D1.2.4.3.1炉内焊后热处理
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炉内焊后热处理,原则上被加热工件一次整体入炉,当不能一次入炉时,也可在一定附加条件下分两次或两次以上入炉。加热炉一般为采用燃油或燃气高速烧嘴加热的大型工业炉,也有少量电阻加热炉,但炉膛尺寸都较小。, @5 {5 b- N$ K; L" I2 h7 X# j
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为消除压力容器等焊接结构件的残余应力,将工件封闭在炉内进行加热是最理想的方法。由于加热方法、工件尺寸和形状对热的流动和吸收有重大影响,故必须对热处理操作的某些参数加以控制才能达到预期目的,一般情况下需控制的参数有:加热速度、冷却速度、保温时间、温度梯度、装炉和出炉温度等,这些参数在国内外压力容器制造标准中都有比较明确的规定。
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& E s4 \) w5 g5 o0 }, t1.2.4.3.2炉外焊后热处理: J# j+ t+ d" u5 n
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随着炼油化工设备等压力容器不断向大型化发展的趋势,不在工厂内制造而改在现场装配焊接的日益增多,这些实际生产需求促进了炉外焊后热处理技术的发展,并日渐成熟。
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⑴炉外整体焊后热处理' U* [: T0 Q& v# J' h6 Y
( n5 c" f$ V }. z1 F# `* T& I 炉外整体焊后热处理,就是对不能进入加热炉的球形、圆筒形大型压力容器,在安装现场组装焊接后,以容器壳体本身为加热炉,将其整体加热保温而进行的焊后热处理,在实施炉外整体焊后热处理时,必须考虑壳体在加热保温温度时的自支承能力,并且被加热壳体的支撑结构和底座应避免因热胀冷缩而受到影响。
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炉外整体焊后热处理多数情况下均采用烧嘴加热,也有少量采用电加热方式,主要用于直径和容积较小的压力容器现场返修后的热处理。采用烧嘴加热方式进行的炉外整体热处理,一般是在容器的关键开口处安放一个或多个燃油或燃气烧嘴,利用强制对流来实现容器壳体的均匀加热。容器外表面铺设保温层以防止热扩散,保证壳体升温、加热温度均匀和施工的安全。
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% A+ e6 w) v5 z7 X 国外一般采用高速燃气烧嘴,以液化石油气或城市煤气为燃料,据了解,炉外整体热处理的最大压力容器焊接结构为直径46m,高度为67m,壁厚为115mm,总重均为6000吨的核安全壳;国内则普遍采用霍克式燃油烧嘴,以轻柴油为燃料,热处理过的大型压力容器有:直径为12300mm,厚度为38mm,容积为1500m3的球形储罐;直径为7800mm,厚度为38mm,总长为24m,容积为1000m3的LPG卧式储罐。1 o' y( N% b! Q; a* m( ^; R
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⑵炉外局部焊后热处理- y7 O# m" d( k$ \# |+ y8 a
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炉外局部焊后热处理主要适用于大型压力容器等不能整体炉内加热,或由于运输上的限制必须在基建现场组装的筒体、接管或管道焊接环缝,以及局部修补焊接区。局部加热往往产生较大的热应力,为了减少这种热应力造成的不良影响,一般将压力容器筒体或接管的整个焊接区所处的圆周环形带进行焊后热处理,这在国内外压力容器制造标准均有相关的规定。* p, Z8 f. n* X! o5 H4 _
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局部焊后热处理的加热方法很多,国内外普遍采用电加热方式,加热容易控制,施工也比较简单方便。近年来,采用燃油或燃气烧嘴加热的组件装配式加热炉在加热控制技术和安装的灵活性等方面不断改进,其在局部焊后热处理方面的应用也不断增加,而且这种加热方式不受压力容器内外表面结构的影响,更适用于结构复杂、大型厚壁压力容器的局部焊后热处理。国外如欧美、日本等已大量使用高速燃气烧嘴加热的组件装配式加热炉进行原子反应堆、大型煤气液化反应器等大直径、厚壁压力容器的局部焊后热处理;国内如第一重型机械集团公司等厂家研制出采用燃油烧嘴加热的可拆装式环形加热炉,用于厚壁加氢反应器等压力容器的局部焊后热处理。! x. X+ q' ~& `; E0 Y
/ z$ q/ ^# U( y) l 综上所述,随着原子能、石油加氢精制、合成化学等压力容器设备的大型化,所使用的材料也更加高强化和厚壁化,焊接前后的热处理技术对于制造出高质量、可靠设备起着重要作用。由于压力容器等焊接结构设计向大型化发展,以及在现场组焊的各种施工技术的开发,在现场进行炉外整体或局部焊后热处理的情况在不断增加,这些现场焊后热处理技术的研制和完善,已经成为焊后热处理技术今后发展方向。 |
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