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压力容器热处理残留应力退火

发布时间:2019/7/16 16:54:41

压力容器在制造过程中,将带来以下问题:由于过量的冷卷、冷矫形等冷加工引起的冷作硬化。由于焊接引起的焊缝区组织和性能的变化。由于焊接产生残余应力以及由此而导致的应力腐蚀裂纹的产生和发展。

压力容器焊接时,当母材相邻区域产生一温差大于100度的急剧温度梯度时,在铁素体钢或相当的其他材料中引起不均匀的塑性应变,而在随后的冷却过程中,将产生一个峰值应力达到屈服点的残余应力场。

另外,天然气炉由于压力容器制造中的不均匀塑性应变导致在弹性-塑性材料中产生残余应变,而残余应变可以是来自机械的(主要是冷卷、冷矫形等冷加工)热力的(主要是焊接过程产生的),或者两者兼有的原因,也就是热机械的原因。

因此,在压力容器加工完成的最终产品中将留下残余弹性应变场,并承受相应的弹性残余应力。残余应力的存在,将影响压力容器的使用性能。为了消除焊接区峰值应变,达到内应变均匀分布这一目的,可以采取多天然气熔锌炉种方法,如机械震动法、焊后加热法等。然而,由于压力容器中许多潜在的问题主要来自焊缝区的冶金损伤,所以,采用机械方法以降低内应变的手段已经不足以预防日后运行过程中可能出现的诸多问题。

另外,金属的氢脆现象已经比较为人们所关注。氢进入钢以后,机械性能会发生明显的变坏。强度和塑性明显降低,溶解于金属晶格中的氢,使钢在缓慢变形时发生脆性破坏。金属材料中的氢可以是在金属材料生产工艺过程中吸收的,如金属在焊接时液态金属吸收的氢保留在焊缝中,也可能是材料在氢环境中服役吸收的氢。

对于焊缝中吸收的氢,比较有效的消除方法就是进行焊后热处理,它既可以达到松弛和缓和焊接残余应力,改善因焊接而被硬化及脆化的焊接热影响区,提高焊缝金属的延性和断裂韧性,也可以使焊接区及附近的氢等有害气体扩散逸出。

一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在,若製品未经适当应力退火处理,在不当的暴露天然气节能燃烧机於热源〈例如阳光、热引擎等〉下,会產生变形的现象,另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域,例如表面,焊接区等,因此会局部降低製品的机械强度。為避免这些问题,我们必须採用残餘应力退火处理。

此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度,然后至於此温度一段时间,在缓慢而均匀的逐步冷却下来,在此过程中最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同,否则冷却后,由於各区冷却速率的差异,天然气熔化炉会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状之製品尤其严重。

由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象,来重组原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平常所用之退火温度為595~675℃,但高铬合金钢则在900~1065℃。我们可视情况需要,利用较低的温度与较长的时间,达到与短时间,高温度下处理相同效果支应力消除。

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