【加工】焊前预热与焊后热处理的重要性

发布者: 发布时间:2017/11/6 10:48:05 阅读:次 【字体:

   【加工】焊前预热与焊后热处理的重要性

  焊前预热

  焊前预热及焊后热处理对于保证焊接质量非常重要。重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接,都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下:

  (1)预热能减缓焊后的冷却速度,有利于焊缝金属中扩散氢的逸出,避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度,提高了焊接接头的抗裂性。

  (2)预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热,可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差(也称为温度梯度)。这样,一方面降低了焊接应力,另一方面,降低了焊接应变速率,有利于避免产生焊接裂纹。

  (3)预热可以降低焊接结构的拘束度,对降低角接接头的拘束度尤为明显,随着预热温度的提高,裂纹发生率下降。

  预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关,还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关,应综合考虑这些因素后确定。另外,预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性,对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度,应根据被焊工件的拘束度情况而定,一般应为焊缝区周围各三倍壁厚,且不得少于150-200毫米。如果预热不均匀,不但不减少焊接应力,反而会出现增大焊接应力的情况。

  2焊后热处理

  焊后热处理的目的有三个:消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。

  焊后消氢处理,是指在焊接完成以后,焊缝尚未冷却至100℃以下时,进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃,保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出,对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。

  在焊接过程中,由于加热和冷却的不均匀性,以及构件本身产生拘束或外加拘束,在焊接工作结束后,在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在,会降低焊接接头区的实际承载能力,产生塑性变形,严重时,还会导致构件的破坏。

  消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下,其屈服强度下降,来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种:一是整体高温回火,即把焊件整体放入加热炉内,缓慢加热到一定温度,然后保温一段时间,最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火,即只对焊缝及其附近区域进行加热,然后缓慢冷却,降低焊接应力的峰值,使应力分布比较平缓,起到部分消除焊接应力的目的。

  有些合金钢材料在焊接以后,其焊接接头会出现淬硬组织,使材料的机械性能变坏。此外,这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下,可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后,接头的金相组织得到改善,提高了焊接接头的塑性、韧性,从而改善了焊接接头的综合机械性能。

  【加工】球形压力容器的焊接

  球形压力容器简称“球罐”,与其他形式的容器相比,其重量与体积之比最小,受力均匀,可以承受较高的压力,是工业中普遍应用的大容积定容储气罐。在冶金工厂中,球罐常用于贮存氧气、氮气及保护气体等,以供氧气炼钢、富氧鼓风、轧钢热处理炉及煤气置换等生产所需用气。

  

 

  球罐由球体壳板(分赤道带、下温带、下寒带、上温带、上寒带和极顶板)、支柱、操作平台及管件等组成。球罐按其结构型式分为桔瓣式和混合式两种。根据运输条件,中、小型球体,多采取由制造厂整体、半球或分带供货,大型球体均由制造厂分瓣供货。球罐在服役过程中易出现脆性破坏,因为其制作、安装要求比较严格,对其装配的几何尺寸、焊接质量及整体退火等要实行参数监控和跟踪检验,以保证生产使用的安全。球罐安装企业要由具有国家劳动部门批准的球罐安装许可证资格的单位承担。

  球形压力容器安装主要包括球体组装、球体焊接、强度试验、气密性试验和防腐涂装等内容。安装前要制订细致的施工方案,准备吊装机具,进行焊工培训,做好原材料及构件检验和检测条件准备,以保证安装工作顺利进行。

  分瓣供应球体的组装方法有散装法、带装法和混合法三种。

  散装法

  将球壳板一次拼装成整体后再焊接成球体的方法。在钢平台上,先将赤道带的壳板与支柱组焊,并逐块吊到基础上装配成整环带,调整好几何尺寸,然后再以此带为基准,吊装温带、寒带等壳板,并用夹具临时固定。壳板全部装配成球形体后,检查和调整形位公差并定位焊接。吊装机具采用位于基础中心的中心柱和沿球体外围行走的自行式起重机。散装法使用的吊机较小,又可集中吊装,节省施工机械费用,但焊工在封闭的球体内进行全位置焊接,劳动条件差,焊接难度较大,适合于没有大型吊机或场地狭窄时的球体安装。

  带装法

  即分步成球法。先将球壳板在平台上组焊成若干环带(极带、温带、赤道带),再用吊机将下极带吊放到位于球罐基础中心的临时胎架上,进行找平找正,然后以此为定位基准,把组焊好的下温带、赤道带等,从下至上依次吊装就位。每吊完~带,即应进行环缝装配和焊接。赤道带吊装到位和焊接后即可安装支柱,拆除临时胎架。带装法可使球壳板在地面上组焊成为环带,操作条件较好,易于保证焊接质量,也便于组织流水作业,但必须有足够的组焊场地和大型吊机。

  混合法

  因地制宜地采用散装法和带装法两种组装球体的方法。可采取以赤道带为基准,先安装上半球,然后利用上半球吊装下半球;也可采取先把下极带、下温带整体吊装到临时胎架上,然后分块安装赤道带。

  球体焊接

  球体焊接是球罐安装质量的关键工序,应做好全过程焊接管理,合理选择焊接方法及施焊顺序,严格进行焊缝质量检验,消除焊接应力热处理和试板检验等工作。

  全过程焊接管理

  包括施工前进行焊接工艺评定和焊工合格考试,施工中健全组织,加强焊材专人管理(分类、保管、烘烤、发放),焊工上岗资格管理以及焊接气象、焊接顺序、质量控制和焊缝返修等管理,并做好记录。

  焊接方法和顺序

  球壳的焊接,工地上大多采用手工电弧焊或手工焊和埋弧焊相结合的方法,立缝可采用管状焊条熔嘴电渣焊。

  罐体焊接顺序是先焊纵缝,后焊环缝。采用散装法组装时,一般先焊外侧,后焊内侧。用带装法组装时,一般先焊内侧,后焊外侧。一条焊缝的焊接工艺,一般为:定位焊→外侧封底焊→内侧焊接→外侧碳弧气刨清根和砂轮打磨→渗透着色探伤检验→外侧焊接。为了控制焊接变形和保证焊接质量,焊前要进行预热,施焊中要检查控制层间温度,焊后要进行保温处理。焊接时,可根据具体条件采用全厚度分段反向焊,也可采用第一层焊缝用分段反向焊,其他各层焊缝采用连续焊。纵缝或环缝的焊接,焊工要对称分布,同步进行。环缝焊接宜采用多层、多道焊接法。平缝、立缝、仰缝焊接宜采用多层焊接法。每层焊缝均要及时清除焊皮,起、收弧点要错开。

  焊缝质量检验

  分焊缝外观检查和焊缝内部质量检查。外观检查包括对焊缝的咬边、增宽、余高和表面气孔等缺陷的检查。焊缝内部质量检查包括焊缝未焊透、裂纹和大尺寸气孔、夹渣等缺陷的检查。检查手段主要采用X或γ射线和超声波探伤,并辅以磁粉或渗透探伤。对每条对接焊缝及人孔、管座的焊缝要作1。0%的超声波探伤;对球罐的对接焊缝及其两侧3cm范围内的内外表面要作100%的磁粉探伤;对T字口焊缝和超声波检验的复检,要作X射线探伤。对支柱角焊缝及碳弧气刨坡口处采用着色探伤。焊缝缺陷返修后还须再进行探伤。

  消除焊接应力热处理

  由于球壳板的材质不同,当板厚超过一定限度时,焊后产生的应力会影响球罐的安全工作,因此需作消除焊接应力热处理以改善焊接接头的组织,使淬硬组织回火,消除残余应力,提高韧性,消除焊接应力热处理方法有:整体内燃法、远红外加热法、温水超载法和爆炸法等,其中前两种应用较多。不同的钢种应选用不同的热处理制度。

  试板检验

  为了验证焊缝质量,通常在球体焊接的同时,由焊接球罐壳板的焊工制备若干与球壳板相同材质、同等板厚、相同焊接参数和相同热处理条件的试板。检验试板的力学性能,以此推断球壳焊缝的工作性能。

  强度试验

  最常用的方法是向球罐内充满液体(通常用水作介质,故亦称水压试验),并保持其一定压力(一般为1.25倍工作压力),温度大于5℃,检查球罐各部位和基础的可靠性。试压应采取缓慢分级升压,为了能及时发现裂缝及其扩展情况,可以用声发射方法(AE法)进行监视。当球罐支柱难以保证水压试验的荷载时,要采取相应的加固措施。

  气密性试验

  强度试验合格后,应采用气体(压缩空气或惰性气体)检查球体在工作压力时的密封性能。这对盛装不允许有微量泄漏介质(易燃、易爆或有毒)的球罐尤为重要。

  防腐涂装

  整个容器强度性能和几何尺寸检验合格并获得确认后应进行球罐涂装,以防止贮存的介质和外部环境对容器的腐蚀,并使容器有明显的标志。涂装材料要根据容器所盛介质的特性和安全要求确定。中国冶金工厂常用的储氧球罐,不能接触碳氢类化合物,所以其内壁应在喷砂除锈并作脱脂处理后,采用无机富锌涂料进行防腐涂装。

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