低温钢压力容器制造质量控制(20210313220823)

1、低温压力容器制造质量控制1 低温压力容器材料控制要点 低温压力容器的质量首先取决于低温用钢材的质量。低温用钢按 使用温度大体分为三大类:-40C以上温度时，多用低碳（含碳里小于0.25%）臨钢；-40-196 t时，多用低碳钢、中镍钢，-196-273 C 时，多用铬镍奥氏体钢。常用的钢材有16MnR、 16MnDR、 1 5MnNiDR 、 09Mn2VDR、 09MnNiDR 、 06MnNbDR、CF-62 等，以及鎳系低温钢材 1.5Ni、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni 钢 等。钢材在低温下的主要失效形式是脆性断裂。钢 材在温度低于脆性 转变温度NDTT）时，在有足够尖锐的缺口

2、或缺陷时就可能导致低应 力下的脆性断裂。这种断裂破坏是突然 发生的，并可能导致灾难性的 后果。钢材在低温下的冲击值Akv,反映了钢材缺口尖端处的在低温 下塑性变形能力和对裂纹扩展的敏感性，即低温韧性。材料采购首先 应选择经过企业内部管理评审合格供方,同时为了得到良好的冷热加 工性能和低温韧性,采购时对所选的低温钢材在对冶炼方法、化学成 分、钢材内部组织、热处理状态等诸方面均应加以严格规定和要求, 以保证低温钢材的质量。1.1 低温材料的检验低温钢材在入厂后的复验对于保证材料质量,从而在源头上保证低 温压力容器的质量具有重大意义。低温压力容器用钢材在加工制造前 须对低温冲击值进行复验。对低温三类

3、压力容器和球罐用钢材还要进行全项目复验。即复验材料的化学成分、常温机械性能、低温冲击值 以及钢材超声波检测复验。钢材复验按进行精确下料，确保筒体成形 准确。对于封头及球壳板批 进行，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一 规格尺寸、能、低温冲击值 以及钢材超声波检测复验。钢 材复验按批 进行，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格尺寸、同一热处 理制度 的钢材组成。低温压力容器用焊条应选用化学成分和力学性能与母材 相近的低氢碱性焊条，埋弧焊焊剂应选用碱性或中性焊剂，并且其低 温冲击值不小于标准和母材的规定。所有用于低温钢 的焊条应按批复 验药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量。1.2 低温材料的管理建立严格

4、的低温钢材料的发放、回收以及现场管理制度，对于低温 压力容器的制造来讲是重要的质量保证手段。特别在制造现场，由于 低温钢材与普通钢材容易混淆，如不严加管理会留下很大的事故隐患。 低温钢材和焊条应专人专库管理，经技术交底后，施工人员和相关管 理人员应熟识低温钢材和焊条的标识，以防与其他钢材混淆。材料进 出库要记录台帐，剩余材料要及时进行标识移植。低温钢材表面质量 要求高，低温钢材储运过程中应保护好表面并采用色标进行标识。下 料、切割应在材料管理人员监督下进行，并及时进行色标移植，低温 钢材表而不允许打钢印作标识。钢板材、半成品按批号、规 格分类上 架堆放，预制，加工成形的材料用胎具支架存放，严禁

5、低温钢材料特 别是焊接材料直接置于地面。支架离地面和墙 面的距离不应小于300mm焊条库设置符合相关焊材管理规定，库内温度不得低于10 C ,相对湿度不大于60%，并做好记录。焊条使用前按规定温度 烘干2小时，烘干后放置于恒温干燥箱内(1001500。2 制造安装过程控制要点压力容器低温下的破坏除 钢材本身质量因素外，制造及安装缺陷造成 的内部应力集中也是引起低温脆性断裂的一个重要原因。特别 在低温 下，应力集中处较大的峰值应力与设备总体薄膜应力和弯曲应力 相叠加，使低温压力容器在局部达到很高的 应力水平，而低温下钢材 的塑性变形能力下降，自限性条件消失，从而引起钢材突然的脆性断 裂。此外，在

6、制造过 程中，钢材冷态下加工变形率过大时，会出现强度 和硬度增大，而塑性和韧性降低，脆性转变温度升高的冷作硬化 现象， 如不加以消除则会增加低温脆性破坏的危 险。因此，在低温压力容器 的制造、安装过程中，应采取措施降低内部应力水平和冷作硬化现象。(1。钢板材下料时必须严格按照经计算的排版尺寸进行精确下料，确 保筒体成形准确。对 于封头及球壳板进行二次下料，以保证精度。在 运输过程中应采用合适的胎具进行夹固，防止产生变形，现场组对安 装前，应进行尺寸复查，对复查 超标的板材，应重新进行压制或校圆， 确保组对质量。如果偏差超标而强行组对，就会产生很大的组装应力， 这对于低温压力容器是很不利的。因此

7、组对 壳体时不得强行组对、组 装。(2。为避免钢材冷作硬化，低温压力容器的零部件在常温下成形或矫形时，应控制钢板的冷塑性变形率W2%，并且不允许用铁锤敲打成 形或校形。当环境温度低于 -10C时，不得进行冷变形加工。对于容 器筒体应控制最小弯曲半径并 进行多次辊压成形。对于球壳板应采用 合适的胎具多次多点 压制成形，而对于椭圆形封头，其冷作硬化最严 重的是变形最大的过渡区和直边部分，为消除冷作硬化，压制之前或 中间对板坯进行退火处理以便软化组织，防止断裂。在冷压 后还应进 行与原母材相同的 热处理，以恢复低温韧性。(3) 在组对时，应将各筒节的偏差均匀分布，不得集中至某一侧或某 一段，以免引起

8、过大的形状突变，减少应力集中水平。对于不等厚的 对接，应将厚板削薄并圆滑过渡至与薄板齐平。对于低温球形罐，应 采用分片散装法逐片 组装，减少不均匀的偏差和形状突变，确保组对 错变量、棱角度、圆度等指标符合要求。(4) 容器壳体、受压 元件表面均不得用钢印做各种标识，只允许用油漆 作标识。3 焊接工艺质量控制要点 低温压力容器的焊接质量是影响低温压力容器制造质量的另一个重 要因素。低温钢 的焊接除了防止焊接裂纹外，关键是要保证焊缝及热 影响区的低温韧性，这是低温钢焊接工艺质量控制的一个主要环节。3.1 低温钢冷裂纹的防止措施 低温钢冷裂纹产生的原因是应力、淬硬组织和焊缝金属扩散氢含量共 同作用的

9、结果。低温钢 材料中的杂质、焊接区域中的油污、铁锈、大气 中的水汽等在电弧高温作用下分解出 氢原子进人熔池中，在焊缝冷却 过程中以过饱和状态扩散、析集于熔合线 附近的热影响区，在焊接应 力及淬硬组织的共同作用下，极易产生冷裂纹。另外，一些工艺 缺陷 如咬边、未焊透等也促成冷裂纹的产生。在我厂的制造中，采取如下 措施防止冷裂纹产生，收到了良好的效果：(1) 减少氢的来源。选用低氢型焊条，甚至超低氢型焊条其次焊条必须 彻底烘干，放人手提式保温筒内随用随取，筒内温度保持在100-150 C 。焊条置于空气中4h,必须再烘干，再烘干不得超过一次。焊接坡口附近焊前必须用砂轮机打磨干净，要彻底去除锈蚀、油

10、 污和水汽及其它污物，检查合格后方可施 焊。(2) 选取合适的焊界线能量。线能量过小，则热影响区易出现淬硬组织。 线能量大，有利于消除冷裂纹，但易形成过热组织，影响低温韧性，故 焊接线能量应适当。(3) 严格检查组对工序的质量，错边量、棱角度等缺陷超标时 不得进行 焊接、同时严禁强制装配组对，减少装配应力。另外，合理安排焊 接顺 序，将焊接时产生的拘束度和应力减至最小。(4) 焊前预热、焊后缓冷。避免淬硬组织和减少焊接应力，并及时进行 焊后热处理。如不能及时进 行焊后消应力热处理，焊后应立即进行消 氢处理，300-350C,保温26h。但应注意对一些回火脆性倾向大 的钢种处理时应避开其回火脆性

11、温度区 间。(5) 严禁在壳体非焊接部位随意点焊、引弧。由于点焊、引弧处 的冷却 速度低于正常的焊接冷却速度，更易产生冷裂纹。而且有些引弧疤痕 不易发现，更易留下安全隐患。对于弧坑、焊疤，机械损伤等应打磨清 除干净，修磨部分与母材圆滑过渡，修磨斜度至少为 1：3，然后焊补 并打磨至与母材齐平，进行 100磁粉或着色检查。3.2 低温钢热 裂纹的防止措施 热裂纹的产生则与应力、杂质和化学成分有关。焊缝中的有害元素硫、 磷及其它易形成低熔点共晶物的元素共同作用，产生严重偏析，从而 形成热裂纹。特别是 9Ni 钢的焊接，采用与母材不同的奥氏体型的填 充材料，更易产生热裂纹。另外，焊接时形成的焊接熔池

12、形状与热裂 纹有关。熔池深而窄，则 偏析多集中于焊缝中间，易形成热裂纹，熔池 浅而宽，而且呈圆形，则抗热裂性好。防止热裂纹我们采取如下措施 保证焊接质量：(1) 考虑母材对焊缝金属的稀释作用，焊条中所含的增加低温韧性及 防裂纹的合金含量应比母材高，而硫、磷含量还应更低。另外提高焊 条和焊剂中的碱度，可改善焊缝中的偏析程度，提高抗裂能力。(2) 适当预热，并制定合理的焊接次序，减少焊接接头的刚度，降低焊 接应力。(3) 采用正确的焊接参数。保持圆形的，同时浅而宽的焊接熔池。(4) 一旦出现裂纹，应用碳弧气刨或砂轮将裂纹彻底打磨清除干净，不 能采用后继焊道熔化来消除裂纹。4 整体焊后热处理质量控制

13、要点 焊接是最直接产生残余应力的热加工过程。焊接残余应力主要是在焊 接过程中，由焊接热应力和结构拘束应力造成。另外焊缝 金属及热影 响区母材在焊接过程中发生相变而产生的相变应力，还有加工成形及 组对装配中产生的附加应力等与焊接残余应力叠加，从而使压力容器 的应力状态更加复杂。各种内部应力的存在增加了低温下的脆性断裂 的危险。低温压力容器焊后进行消除应力热处理除了消除焊接残余应 力之外，还能去除焊缝金属中的氢气，软化热影响区和加工变形区的 组织，提高其低温韧性，是保证低温压力容器质量的重要手段。低温 压力容器焊后消除应力热处理方法主要有：局部热处理、炉内整体热 处理、炉内分段热处理、整体内部热处

14、理四种。其中，以整体热处 理处 理效果最好，残余应力消除率可达 90%以上。为了保证焊后热处理的 制造质量，制定焊后热处理工艺参数时要考虑的因素很多，受压工件 材料及其原始组织状态、热处理要达到的目的、加热 方式（加热速度）、 工件尺寸及冷却方式等。由于各种因素的差异，制订 的热处理工艺参 数也不尽相同，但其确定条件是相同的。4. 1 保温温度的确定条件（调质的高强度低温钢，如果焊后加热温度超过原调质回火温度时， 会失去调质效果，使强度和韧性降低。特别是镍系低温钢，易产生回 火脆性，使低温韧性下降。对于含有较多合金元素的低温钢来说，焊 后热处理往往会产生回火脆性（即再热脆化），进而降低焊缝和热

15、影响 区的韧性。（2）保温温度范围确定条件为相变点以下，再结晶温度以上。使晶格 崎变和硬化组织通过恢复和再结晶得以消除，残余应力得到充分松弛 和释放，同时不致使母材及焊接区造成再热脆化等不良后果。对 于调 质或正火+回火钢，其保温温度应在回火温度以下30C左右为宜，以 免破坏其性能，降低韧性和强度。4.2 保温时间 的确定条件 （1）一定的保温时间可使焊缝及母材的残余应力得以充分松弛，改善 焊接区的性能同时在消除残余应力时又不至于产生新的温差应力，因 而是必需的。（2）当所采用的加热温度比要求的加热温度低时，在现行的各种规范 中，都采取延长保温时间的办法来达到消除应力的效果，以弥补温度 的不足。但试验研究表明，应力下降在保温开始阶段较为显著，随后 应力下降便趋于缓慢，保温时间过长，反而会使焊缝金属晶粒粗大化， 脱碳层厚度增加，从而造成低温韧性的下降。（3）一般来说保温时间不能短于最少保温时间，而且只要达到规定的 保温时间和温差要求就能很好地消除残余 应力而不会产生大的温差 应力。为了得到最小的保温温差而过分延长保温时间也是不合理的。4.3 加热、冷却速度的确定条件 加热、冷却速度应随着钢中合金元素及厚度的增加、结 构复杂程度的 提高而降低，以避免产生新的温差应力。按照我国标 准规范规定，升 温速度w 2000h,降温速度w 2600h。对于大尺寸结构、复杂结构 等，为了