最全的壓力容器焊接缺陷及熱處理知識(shí)全在這里了！！
一、前言
壓力容器在石油化工生產(chǎn)中占有十分重要地位。壓力容器可以充當(dāng)反應(yīng)、交換能量、分離、塔器、貯存、運(yùn)輸?shù)仁突ぴO(shè)備。它們具有炮炸危險(xiǎn)，它們的安全運(yùn)行直接關(guān)系企業(yè)生產(chǎn)和人身安全。所以壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量歷來受到國(guó)家高度重視。近十余年來，我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)、制造，管理走上了法制管理軌道，產(chǎn)品質(zhì)量正穩(wěn)步提高。
焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定，焊縫表面美觀平整。焊接成為壓力容器生產(chǎn)關(guān)鍵工序，焊接的質(zhì)量是保證壓力容器質(zhì)量非常重要環(huán)節(jié)。單焊接質(zhì)量受多種因素影響：焊工技能、剛才化學(xué)成份、力學(xué)性能、焊接材料、焊接工藝及設(shè)備、環(huán)境等等都可以影響焊接質(zhì)量。
為了提高壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量，國(guó)家通過取得制造許可證方可生產(chǎn)。對(duì)取得制造許可證廠家，制定焊接規(guī)程，方允許生產(chǎn)，焊工持證上崗，加強(qiáng)質(zhì)量保證體系各個(gè)環(huán)節(jié)控制管理，目的就是要盡力避免減少質(zhì)量隱患，以保證壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量。
隨著石化工業(yè)飛速發(fā)展，壓力容器正向大型化，高強(qiáng)度方向發(fā)展，對(duì)壓力容器質(zhì)量提出更高要求，促使壓力容器焊接技術(shù)、工藝要不斷提高。
二、焊接缺陷
1、焊接接頭裂紋產(chǎn)生
大家知道，焊接接頭是一個(gè)組織不均勻體和力學(xué)性能不均勻體。施焊接過程焊接接頭熔合線附近，溫度在固相和液相之間，冷卻后組織屬于過熱組織、晶粒粗大、化學(xué)成份和組織都極不均勻、強(qiáng)度上升、塑生降低。熔合線外側(cè)為“過熱區(qū)”，此域晶粒粗大，常出現(xiàn)魏氏組織和索氏體，因而韌性顯著降低。
過熱區(qū)外側(cè)為“正火區(qū)”，由于加熱和冷卻發(fā)生重結(jié)晶過程，得到細(xì)化細(xì)小均勻的鐵素體加珠光體。再外側(cè)是“不安全重結(jié)晶去”，加熱溫度在AC1-AC3之間區(qū)域，該區(qū)加熱時(shí)鋼中珠光體和部分鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я１容^細(xì)的奧氏體，單仍保留部分鐵素體，在冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小鐵素體和珠光體，而未熔入奧氏體的鐵素體不發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶粒比較粗大，形成結(jié)晶顆粒大小均勻組織，并仍保留原始組織中的帶狀特性。
由于熱影響及區(qū)熔池的結(jié)晶和換熱方向剛好相反，也即熱影響區(qū)至融合線至焊縫為結(jié)晶方向，熔合線處最先結(jié)晶，熔池中心結(jié)晶最慢。使得熔池雜質(zhì)由熔合線向中心移動(dòng)，因而熔池中央處易產(chǎn)生夾渣缺陷，而熔合線處由于冷卻速度快，易產(chǎn)生裂紋。
焊接腐蝕裂接頭可以由于鋼材淬硬性產(chǎn)生裂紋，氫擴(kuò)散產(chǎn)生冷裂紋，再熱裂紋，晶間紋，以及由于焊接規(guī)范和工人技能因素產(chǎn)生焊接缺陷等。實(shí)踐證明，裂紋對(duì)壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量危害最嚴(yán)重。
1）熱裂紋
是由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，偏析出的物質(zhì)多為低熔點(diǎn)的共品和雜質(zhì)，結(jié)晶過程以液態(tài)間層存在，由于熔點(diǎn)低，往往最后結(jié)晶凝固，凝固后強(qiáng)度也極低。當(dāng)焊接拉伸應(yīng)力足夠大時(shí)，液態(tài)間層拉開或凝固后不久被拉斷而成裂紋。
2）冷裂紋
是指焊接時(shí)在A3的下溫度冷卻中或冷卻至保溫以后產(chǎn)生的裂紋。形成裂紋溫度低，在馬氏體轉(zhuǎn)變范圍，即在200-300℃以下，故稱冷裂紋。有時(shí)焊后幾小時(shí)或幾天后，甚至長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)裂紋，故又稱為延遲裂紋。其危害性更大。
冷裂紋往往由于電弧燃燒時(shí)空氣侵入或藥皮物質(zhì)分解等，氫進(jìn)入熔池熔于鐵水中，因高溫時(shí)鐵水溶解大量氫氣，在低溫時(shí)溶解度大大降低，溶于鐵水中氫從鐵水中析出，氫擴(kuò)散聚集到鋼中缺陷處，產(chǎn)生局部壓力增大，促使鋼產(chǎn)生裂紋，所以冷裂紋又稱為氫致裂紋。
鋼在軋制時(shí)內(nèi)部存在嚴(yán)重層狀非金屬夾雜物，使厚度方向拉伸塑性很差，在板厚方向存在高拉壓力，產(chǎn)生臺(tái)階狀層狀撒裂。
3）再熱裂紋
一些含、Cr、Mo、V、B等合金之素的鋼材焊后不產(chǎn)生裂紋。在消應(yīng)力處理時(shí)，或在一定溫度下長(zhǎng)時(shí)間使用后，沿?zé)嵊绊憛^(qū)晶界產(chǎn)生裂紋，稱再熱裂紋，簡(jiǎn)稱SR裂紋。
再熱裂紋是由于第一次熱后過程中過飽和和固溶的碳化物（主要是Cr、Mo、V的碳化物），在再加熱時(shí)，再次析出，造成晶內(nèi)強(qiáng)化，使滑移應(yīng)變集中原先奧氏體晶界，當(dāng)晶界塑性應(yīng)為能力不足以承受松弛應(yīng)力過程產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)就產(chǎn)生再熱裂紋。
這類鋼材在600℃附近有一敏感區(qū)。超過650℃時(shí)敏感性減弱。
4）防止裂紋產(chǎn)生的方法
為了防止裂紋產(chǎn)生，可以限制鋼材和焊材S、P含量：調(diào)節(jié)鋼材化學(xué)成份；細(xì)化焊縫晶粒；提高焊材堿度；改善偏析；控制焊接規(guī)范；提高焊縫系數(shù)，多層多道焊，采用小線能量；鑄件斷弧，減少弧坑。
還可以選用低氫堿性焊條，焊條嚴(yán)格烘干，隨用隨取；選用合理焊接規(guī)范；焊后立即消氫；提高鋼材質(zhì)量，減少鋼材層狀?yuàn)A雜物；財(cái)務(wù)降低焊接應(yīng)力的各種工藝措施。減少殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中；預(yù)熱機(jī)緩冷，焊后熱處理。這些辦法，只要運(yùn)用得當(dāng)都可以收到提高焊接質(zhì)量，防止缺陷的作用。
至于未焊透，未熔合、夾渣、氣孔、焊縫表面缺陷如咬肉，焊縫尺寸等都可以通過無損探傷檢查，定出缺陷的位置，采取合理、有效返修工藝，認(rèn)真操作，也可以達(dá)到消除焊縫缺陷，保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量目的。
三、焊后熱處理
焊后熱處理可以消除殘余應(yīng)力防止變形也就是說可以松弛焊接殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸和形狀。焊后熱處理也可以改善母材，焊接區(qū)結(jié)構(gòu)件的性能：具體說：可以軟化熱影響區(qū)，增加焊縫金屬延性，提高斷裂韌性，排出有害其如氫，提高抗腐蝕性能，改善蠕變性能和提高疲勞強(qiáng)度。
但是，焊后熱處理工藝選擇不當(dāng)，反而會(huì)使焊接接頭性能降低。因此焊后熱處理成為眼里容器制造重要環(huán)節(jié)。焊接接頭焊后熱處理應(yīng)用最廣的是高溫回火、正火及固熔化處理。高溫回火可以解決因焊接和變形給壓力容器質(zhì)量帶來的不良影響。
1、焊后熱處理可以松弛焊接殘余應(yīng)力
隨著熱處理溫度升高和保溫時(shí)間延長(zhǎng)，焊接區(qū)殘余應(yīng)力相應(yīng)降低，當(dāng)溫度升高到超過550℃，殘余應(yīng)力可以認(rèn)為完全消除。不過保溫時(shí)間影響不如溫度升高影響來的明顯。
2、焊接接頭熱影響區(qū)淬硬區(qū)軟化
由于殘余應(yīng)力大大降低，回火改善了金相組織，提高塑性和韌性，故而淬硬性降低，使焊接接頭淬硬區(qū)軟化。
3、焊接接頭氫減少
熱處理時(shí)，焊接接頭溫度升高，氫不斷增加擴(kuò)散速度，向外逸出，一般說在加熱300℃以下，保溫2—4小時(shí)，可達(dá)到區(qū)氫目的，何況加熱到550—650℃時(shí)，去氫目的完全達(dá)到。
4、對(duì)焊縫金屬抗拉度的影響
焊后熱處理，對(duì)焊縫金屬抗拉強(qiáng)度響與熱處理溫度和保溫時(shí)間有關(guān)，熱處理溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，焊縫金屬常溫抗拉強(qiáng)度就越低，并且合金成份含量越高，碳當(dāng)量越大，強(qiáng)度降低的比率也越大。
5、對(duì)焊縫金屬?zèng)_擊韌性影響
過分的熱處理對(duì)任何鋼種都引起沖擊值下降。對(duì)Cr-Mo、Cr-Mo-V及絕大部分珠光體，馬氏體耐熱鋼恰當(dāng)?shù)煤负鬅崽幚砜梢蕴岣邲_擊韌性。對(duì)某些高度強(qiáng)度鋼會(huì)經(jīng)過熱處理后沖擊值下降。對(duì)碳素鋼、Mn-Nb-Ni鋼，焊后熱處理后沖擊值基本無變化。
6、對(duì)脫碳層寬度影響
熱處理溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳層狂度越大，這是因?yàn)樘蓟镄纬蓵r(shí)元素含量不等，引起碳擴(kuò)散，碳向含量低一側(cè)擴(kuò)散，產(chǎn)生脫碳層，異種鋼接頭尤為嚴(yán)重。
回火是將焊件加熱到500—650℃時(shí)，碳化物進(jìn)一步聚集，得到鐵素體和細(xì)粒滲碳體的混合物組織一回火索氏體，稱高溫回火，所得組織有良好強(qiáng)度、彈性、塑性和韌性。
正火是將焊件加熱到Ac或Acm以上30—50℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。目的改善組織，細(xì)化晶粒。單一正火不能消除焊后殘余應(yīng)力。
固熔熱處理，將鋼加熱到920—1150℃并快速冷卻，使奧氏體焊接接頭在450—850℃內(nèi)晶界析出碳化物或脆性相重新熔入奧氏體中去，將它快速固定下來，以得到均勻固熔體。從而消除其晶間腐蝕。也提高焊接接頭耐蝕性、機(jī)械性能，消除加工硬化。固熔熱處理應(yīng)整體均勻加熱，不采取局部加熱法。
為了達(dá)到預(yù)期焊后熱處理效果，一定要認(rèn)真研究，選擇合適的焊后熱處理工藝是十分重要的。
四、焊后熱處理工藝參數(shù)應(yīng)從以下考慮
a、焊件進(jìn)爐時(shí)爐內(nèi)溫度，
b、加熱時(shí)溫度上限和下限，
c、加熱速度上限和下限，
d、保溫時(shí)間上限和下限，
e、冷卻速度上、下限，
f、出爐溫度，
g、升溫過程被加熱焊件各部位溫差，
h、保溫時(shí)被加熱焊件的各部位溫差，
i、爐內(nèi)氣氛。由此可見影響熱處理因素很多，選擇應(yīng)持慎重態(tài)度，不可隨意選取。
來源：壓力容器人
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