專利名稱：一種復(fù)板容器的防腐處理技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)板容器，特別提供了一種防止復(fù)板容器產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的壓應(yīng)力防護(hù)處理技術(shù)。
在石油化工、核能、冶金等行業(yè)中，壓力容器、管道等焊接結(jié)構(gòu)均面臨應(yīng)力腐蝕開裂的危險。若這些結(jié)構(gòu)采用不銹鋼類復(fù)合板制造，由于焊接殘余應(yīng)力難以消除，應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象往往就不可避免，這是目前世界各國普遍存在的問題。由于焊接區(qū)(焊縫及近縫區(qū))存在較高的殘余拉應(yīng)力和較差的組織性能，應(yīng)力腐蝕破壞往往在此區(qū)產(chǎn)生。對于大厚度復(fù)合板結(jié)構(gòu)的容器，該區(qū)的寬度可達(dá)到50mm以上，對于某些結(jié)構(gòu)可達(dá)100mm以上(內(nèi)表面采用帶板堆焊時)。要在如此大面積帶狀區(qū)域內(nèi)獲得均勻的壓縮殘余應(yīng)力，目前能采用的方法只有錘擊、噴丸和爆炸沖擊波處理等。錘擊和噴丸是改善表面應(yīng)力狀態(tài)較普遍的方法，由于它的簡單、靈活、成本低，往往被用于防止結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能上。但要用于復(fù)板結(jié)構(gòu)內(nèi)襯的防應(yīng)力腐蝕開裂尚有很多困難。較突出的問題之一就是材料表面的形變量難以控制。過大的形變量往往會使材料的抗應(yīng)力腐蝕性能變差。另外要在大面積范圍內(nèi)獲得較高的壓應(yīng)力狀態(tài)，在操作上也有相當(dāng)難度。爆炸沖擊波處理是利用粘貼在焊縫附近的炸藥瞬時掠過爆轟在金屬中產(chǎn)生強大的壓應(yīng)力波，使金屬產(chǎn)生塑性伸長變形達(dá)到消除應(yīng)力或形成表面壓應(yīng)力的目的，它具用較好的操作性，并已在很多工程中有成功應(yīng)用的例子，但在不銹鋼一類的復(fù)合板結(jié)構(gòu)中尚未有應(yīng)用。主要原因是針對實際構(gòu)件確定爆炸系統(tǒng)參數(shù)比較困難，還需做一定工作。另外對于化工等部門的生產(chǎn)現(xiàn)場，采用爆炸沖擊處理在安全和準(zhǔn)行手續(xù)上也有較大阻力。
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)板容器的防腐處理技術(shù)，其通過在復(fù)板容器內(nèi)表面產(chǎn)生壓應(yīng)力的辦法，防止容器在焊縫處的應(yīng)力腐蝕開裂，具有良好的可操作性。
本發(fā)明提供了一種復(fù)板容器的防腐處理技術(shù)，其特征在于在復(fù)板容器的復(fù)板一側(cè)焊接區(qū)噴淋冷卻介質(zhì)1～60min，使得處理區(qū)與非處理區(qū)之間溫差達(dá)150～400℃；當(dāng)冷卻介質(zhì)為水時，可預(yù)先將處理區(qū)加熱到200～350℃。
應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生離不開應(yīng)力和介質(zhì)的共同作用，解決應(yīng)力腐蝕開裂的較徹底方法就是消除拉伸殘余應(yīng)力，最好在工作應(yīng)力的共同作用下也能使與介質(zhì)接觸的內(nèi)襯表面呈現(xiàn)不大于零的壓縮應(yīng)力狀態(tài)。(在強堿介質(zhì)作用下，即使存在50MPa的拉伸應(yīng)力也能使材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞)。這就是為了防止復(fù)合板容器產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂提出的表面壓應(yīng)力防護(hù)思想的基本出發(fā)點。
本發(fā)明提出的制造表面壓應(yīng)力防止容器復(fù)板內(nèi)襯產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的新技術(shù)，是利用逆焊接溫差處理原理，即予先使待處理區(qū)獲得一個溫差，隨后快冷使之產(chǎn)生伸長塑性變形，在隨后的溫度均勻過程中，利用這部分伸長的塑性變形達(dá)到消除焊接殘余應(yīng)力甚至形成壓縮應(yīng)力的狀態(tài)，以最終消除應(yīng)力腐蝕。具體實施方法如下1．首先將待處理區(qū)(一般是焊接區(qū))加熱到一定溫度(0～400℃)，該溫度值由容器的工作條件和具體實際要求確定。容器的工作條件包括工作壓力和工作溫度，它們都對復(fù)板工作時的應(yīng)力狀態(tài)有貢獻(xiàn)。具體實施要求指所要求的最終壓縮應(yīng)力數(shù)值范圍。最終應(yīng)力狀態(tài)以-50～-100MPa為宜，過高的壓應(yīng)力沒有實際意義。加熱方法可采用內(nèi)加熱或外加熱方法，只要能使內(nèi)表面復(fù)板的溫度達(dá)到予定的值即可。同時應(yīng)考慮板厚方向上的溫度梯度。
2．等內(nèi)表面達(dá)到予定溫度后撤離加熱元件，馬上噴淋冷卻介質(zhì)(包括水，液氮等致冷劑)，噴淋時間1分鐘以上，為了盡快冷卻，最長可噴1小時。
3．當(dāng)溫度最終均勻后，原拉伸殘余應(yīng)力即被消除，或者形成一定數(shù)值的壓縮殘余應(yīng)力。
4．為了檢驗實際處理效果，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場殘余應(yīng)力檢測。如果檢測結(jié)果不符合要求，應(yīng)重新進(jìn)行處理。
由于這類結(jié)構(gòu)表面狀態(tài)要求很高，不允許有任何損傷，因而從應(yīng)用角度看，應(yīng)力檢測的方法以沖擊壓痕法為宜。它操作簡單，表面無破壞，測量精度較高。下面通過實施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為16Mn鋼與304L復(fù)合板焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕形貌。
附圖2為16Mn鋼與304L復(fù)合板焊接結(jié)構(gòu)經(jīng)溫差處理后應(yīng)力腐蝕形貌。
實施例1表1給出了基板厚為30mm和50mm厚二類爆炸復(fù)合焊接試板采用壓應(yīng)力保護(hù)處理技術(shù)處理的表面殘余應(yīng)力檢測結(jié)果，基板采用16Mn鋼，復(fù)合板為304L(5mm厚)不銹鋼試板長寬尺寸為400×500。在基板一側(cè)加熱至300℃，然后在復(fù)板一側(cè)噴冷卻水2分鐘。結(jié)果表明該技術(shù)是可行的，它很容易消除原始焊接殘余拉伸應(yīng)力并按需要獲得一定數(shù)值的壓縮應(yīng)力。圖1為處理前后試板的應(yīng)力腐蝕形貌。可見，經(jīng)壓應(yīng)力防護(hù)處理的工件表面，不可能再產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，而未經(jīng)處理的焊接區(qū)，即使是304L這類超低碳的具有優(yōu)異耐腐蝕性能的不銹鋼材料，也會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象。
表1 壓應(yīng)力防護(hù)處理前后復(fù)合試板焊縫中的殘余應(yīng)力
實施例2表2是采用該技術(shù)在揚子石化一臺加氫反應(yīng)器上的應(yīng)用實測結(jié)果，簡體為65mm厚的低碳鋼+4.8mm厚的304L不銹鋼。在外鍘基板上加熱2～4小時(封頭2小時，簡體4小時)，每次處理一段焊縫，當(dāng)溫度加熱至250℃時，在容器內(nèi)部的復(fù)板上噴高壓水冷卻，冷卻時間30分鐘?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果證明，該技術(shù)簡單方便，費用低廉。目前該設(shè)備在正常運行中。
表2壓應(yīng)力防護(hù)處理前后容器內(nèi)部復(fù)板焊縫中的殘余應(yīng)力
實施例350mm厚16Mn鋼與5mm厚1Cr18Ni9Ti不銹鋼爆炸復(fù)合后的焊接試板，在基板(16Mn鋼)一側(cè)加熱20℃，在復(fù)板側(cè)焊接區(qū)噴液氮冷卻，處理前后的消除應(yīng)力效果見表3。結(jié)果證明采用液氮冷卻的方式可以有效地消除焊接殘余應(yīng)力。
表3 板噴液氮冷卻處理前后的殘余應(yīng)力(熔合線處測定值)
實施例430mm厚低碳鋼與3mm厚1Cr23Ni13熱強鋼爆炸復(fù)合后的焊接試板，在基板側(cè)加熱至400℃，在復(fù)板側(cè)噴水快速冷卻，實測的殘余應(yīng)力結(jié)果見表4。結(jié)果證明對于消除這類復(fù)板中的焊接殘余應(yīng)力也是成功的。
表4熱強鋼復(fù)板噴水冷卻處理前后的殘余應(yīng)力(熔合線處測定值)
本發(fā)明對于其它用復(fù)合板制造的防應(yīng)力腐蝕的容器，當(dāng)基板為低碳鋼或低合金鋼，復(fù)板為不銹鋼、鈦板等耐蝕材料時，這種技術(shù)均可實現(xiàn)壓應(yīng)力防護(hù)的目的。
權(quán)利要求
1．一種復(fù)板容器的防腐處理技術(shù)，其特征在于在復(fù)板容器的復(fù)板一側(cè)焊接區(qū)噴淋冷卻介質(zhì)1～60min，使得處理區(qū)與非處理區(qū)之間溫差達(dá)150～400℃。
2．按照權(quán)利要求1所述復(fù)板容器的防腐處理技術(shù)，其特征在于當(dāng)冷卻介質(zhì)為水時，可預(yù)先將處理區(qū)加熱到200～350℃。
全文摘要
一種復(fù)板容器的防腐處理技術(shù),其特征在于:在復(fù)板容器的復(fù)板一側(cè)焊接區(qū)噴淋冷卻介質(zhì)1～60min,使得處理區(qū)與非處理區(qū)之間溫差達(dá)150～400℃;當(dāng)冷卻介質(zhì)為水時,可預(yù)先將處理區(qū)加熱到200～350℃。本發(fā)明通過在復(fù)板容器內(nèi)表面產(chǎn)生壓應(yīng)力的辦法,防止容器在焊縫處的應(yīng)力腐蝕開裂,具有良好的可操作性。
文檔編號C21D9/00GK1214369SQ9711699
公開日1999年4月21日 申請日期1997年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月9日
發(fā)明者陳懷寧, 陳亮山, 林泉洪 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所