專利名稱：一種防止焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬構(gòu)件的防腐技術(shù)，特別提供了一種逆焊接溫差處理防止焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂的新技術(shù)。
化工、能源、冶金等行業(yè)經(jīng)常使用各類容器和管道，根據(jù)不同用途常用不銹鋼、高強(qiáng)鋼、低碳鋼或普通碳素結(jié)構(gòu)鋼等材料，由于焊接等加工工序住住使這些結(jié)構(gòu)存在高達(dá)材料屈服點(diǎn)的殘余拉伸應(yīng)力。根據(jù)ASTM對(duì)實(shí)際工程設(shè)備的應(yīng)力腐蝕開裂參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，80％的應(yīng)力腐蝕開裂事故是由上述殘余應(yīng)力引起的。因此，世界各國(guó)有關(guān)規(guī)程都規(guī)定有應(yīng)力腐蝕傾向的容器或管道等焊接結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行消除焊接殘余應(yīng)力處理。
但是，對(duì)于采用不銹鋼制造的焊接結(jié)構(gòu)，消除應(yīng)力的有效溫度在1000℃以上，由于溫度太高，工程上往往難以實(shí)施對(duì)于采用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼制造的容器，由于在退火溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生回火脆性，降低材料的使用性能，因而也限制了實(shí)際工程中的應(yīng)用。這些都是世界各國(guó)公認(rèn)的難題。另外，普通的消除應(yīng)力退火熱處理，由于各種原因，接觸介質(zhì)的工作表面仍可能在拉應(yīng)力作用下運(yùn)行，從而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂(NACE標(biāo)準(zhǔn)RP0296-96認(rèn)為，經(jīng)過(guò)焊后熱處理的壓力容器，開裂率仍達(dá)到25％，比經(jīng)過(guò)熱處理的30％稍低)。
因此，當(dāng)前用不銹鋼和高強(qiáng)鋼一類材料制造的容器或管道，大多數(shù)仍然是在帶有較高殘余應(yīng)力的情況下運(yùn)行。它們的使用壽命則由應(yīng)力腐蝕程度決定，它們的破壞事故多半是由應(yīng)力腐蝕開裂造成的。
拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件，如能采用特殊處理方法使容器接觸應(yīng)力腐蝕敏感介質(zhì)的表面，特別是焊接接頭附近表面，形成一定的壓縮殘余應(yīng)力，在容器運(yùn)行時(shí)，和其它的應(yīng)力(包括工作應(yīng)力、溫度應(yīng)力等)疊加，使其表面的總應(yīng)力狀態(tài)為零值以下，如此將能從根本上解決應(yīng)力腐蝕開裂問題。
錘擊和噴丸是形成表面壓應(yīng)力狀態(tài)較普通的方法，但采用這種方法的突出問題之一是材料表面的塑性形變量難以控制，過(guò)大形變量會(huì)使材料的抗腐蝕能力變差。另外，在大面積范圍內(nèi)獲得數(shù)值穩(wěn)定的壓縮應(yīng)力值，在操作上也有相當(dāng)難度。爆炸法消除應(yīng)力處理方法簡(jiǎn)單，不受材料種類、結(jié)構(gòu)尺寸的限制，制造的壓應(yīng)力層濃度要比錘擊和噴丸深，在許多工程中有成功應(yīng)用的例子(但在不銹鋼中尚無(wú)工程應(yīng)用)。要在大面積范圍內(nèi)獲得均勻的壓縮殘余應(yīng)力，確定爆炸系統(tǒng)參數(shù)有一定困難，另外在化工等部門的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在安全和準(zhǔn)行手續(xù)上也有阻力。
本發(fā)明的目的在于提供一種在大面積范圍內(nèi)獲得均勻的壓縮殘余應(yīng)力的方法，該方法實(shí)施簡(jiǎn)單，安全可靠。
本發(fā)明提供了一種防止焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù)，其特征在于采用逆焊接溫差處理技術(shù)，即首先將待處理區(qū)加熱到50～500℃，再向接觸介質(zhì)的工作面一側(cè)噴淋水、液氮等冷卻介質(zhì)，待處理區(qū)可以是焊接區(qū)或其它可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的區(qū)域。
眾所周知，焊接加熱過(guò)程中，焊接熱源使焊接區(qū)與其相臨區(qū)形成一個(gè)瞬態(tài)的正溫差(即焊接區(qū)溫度高于臨區(qū))。當(dāng)溫差超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，焊接高溫區(qū)的熱膨脹要受到臨區(qū)限制，產(chǎn)生塑性壓縮形變。當(dāng)焊接結(jié)束溫差消失后，焊接區(qū)將產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。逆焊接溫差處理就是采用與焊接熱過(guò)程相反的方法，采用一種冷源(逆向焊接熱源)，使目標(biāo)區(qū)(如容器內(nèi)表面的焊縫區(qū))與其相臨區(qū)形成一個(gè)瞬態(tài)負(fù)溫差，即目標(biāo)區(qū)的溫度低于相臨區(qū)。當(dāng)溫差超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，目標(biāo)區(qū)的冷收縮受臨區(qū)的限制，產(chǎn)生塑性伸長(zhǎng)形變。溫差消失后，目標(biāo)區(qū)將產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力，其數(shù)值受溫差和板厚方向溫度梯度的控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于1．本發(fā)明應(yīng)用逆向思維方法，變焊后消除應(yīng)力處理為焊后逆向焊接溫差處理，形成有利的逆向焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)，可能成為避免焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂的最好方法。
2．本發(fā)明方法可用于容器或管道的所有接觸腐蝕介質(zhì)的焊縫，也可用于接觸介質(zhì)的所有表面，使其形成可控的壓應(yīng)力防護(hù)層。
3．與錘擊、噴丸相比，本發(fā)明方法在處理過(guò)程中材料所發(fā)生的塑性形變量較小，例如對(duì)18-8不銹鋼材料，經(jīng)過(guò)逆焊接溫差處理所產(chǎn)生的塑性形變量不超過(guò)0.2％，因此不影響材料本身的各項(xiàng)力學(xué)性能。另外，形成的壓應(yīng)力數(shù)值均勻、穩(wěn)定。
本發(fā)明屬于與工程應(yīng)用緊密結(jié)合的應(yīng)用基礎(chǔ)性研究，它的完成不僅使焊接力學(xué)學(xué)科得到發(fā)展，而且在防止結(jié)構(gòu)的應(yīng)力腐蝕領(lǐng)域得到新的開拓，獲得有價(jià)值的工程應(yīng)用?？傊景l(fā)明可以有效地解決不銹鋼、高強(qiáng)鋼等各種材料的應(yīng)力腐蝕開裂問題。由于可以在接觸腐蝕介質(zhì)的表面形成一層壓應(yīng)力，并且產(chǎn)生不超過(guò)0.2％的塑性形變，從而不影響材料的性能，可望成為解決各類容器、管道等焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂的最好方法，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)省設(shè)備投資，增加經(jīng)濟(jì)效益。
下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為12mm厚18-8不銹鋼焊接試板焊后開裂形貌照片。
附圖2為12mm厚18-8不銹鋼焊接試板溫差處理后應(yīng)力腐蝕開裂形貌照片。
實(shí)施例1在500×400×36mm的CF62高強(qiáng)鋼焊接試板上，采用水作冷源，加熱試板至350℃然后延焊縫方向噴淋冷卻，噴淋寬度為100mm，結(jié)果見表1?？梢院苋菀椎貙⑻幚砻娴脑祭旌附託堄鄳?yīng)力(596/155MPa)轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s殘余應(yīng)力(-160/-111MPa)。
實(shí)施例2在400×300×12mm的18-8不銹鋼焊接試板上，采用水作冷源，加熱試板至450℃然后噴淋冷卻，噴淋寬度為80mm，結(jié)果見表2?？梢詫⑻幚砻娴睦鞖堄鄳?yīng)力(299/7MPa)轉(zhuǎn)變成壓縮殘余應(yīng)力(-70/-70MPa)。處理前后應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)結(jié)果見附圖1、2。
權(quán)利要求
1．一種防止焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù)，其特征在于采用逆焊接溫差處理技術(shù)，即首先將待處理區(qū)加熱到50～500℃，再向接觸介質(zhì)的工作面一側(cè)噴淋水、液氮等冷卻介質(zhì)，待處理區(qū)可以是焊接區(qū)或其它可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的區(qū)域。
全文摘要
一種防止焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù),采用逆焊接溫差處理技術(shù),即首先將待處理區(qū)加熱到50～500℃,再向接觸介質(zhì)的工作面一側(cè)噴淋水、液氮等冷卻介質(zhì),待處理區(qū)可以是焊接區(qū)或其它可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的區(qū)域。本發(fā)明可在大面積范圍內(nèi)獲得均勻的壓縮殘余應(yīng)力,該方法實(shí)施簡(jiǎn)單,安全可靠。
文檔編號(hào)B23K31/12GK1230476SQ98113879
公開日1999年10月6日 申請(qǐng)日期1998年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月2日
發(fā)明者陳懷寧, 陳亮山, 林泉洪, 侯明烈 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所