低溫鋼的焊接.ppt

低溫壓力容器及管道系統(tǒng)在用檢驗(yàn) 合肥通用所壓力容器檢驗(yàn)站袁榕關(guān)衛(wèi)和 2020 3 15 2 概況 低溫技術(shù)是19世紀(jì)末在液態(tài)空氣工業(yè)上發(fā)展起來(lái)的 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 低溫技術(shù)在近30年中得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 低溫壓力容器和管道系統(tǒng)是低溫工業(yè)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備 碳鋼和低合金鋼制低溫壓力容器的特點(diǎn)是容易產(chǎn)生低溫脆性破壞 低溫脆斷是在沒(méi)有預(yù)兆的情況下突然發(fā)生的 危害性很大 因此在選材 試驗(yàn)方法和制造等方面均要采取措施 防止低溫脆斷事故發(fā)生 鋁及鋁合金 鈦及鈦合金 銅及銅合金 鎳及鎳合金和奧氏體不銹鋼等制低溫壓力容器則沒(méi)有低溫脆斷的情況 對(duì)于深低溫條件下運(yùn)行的容器 應(yīng)有良好的低溫絕熱結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu) 表1常見(jiàn)的低溫工業(yè)過(guò)程 2020 3 15 3 低溫壓力容器的低溫界限 1 按常規(guī)設(shè)計(jì)的壓力容器規(guī)范多采用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié) 包括失效 破壞的經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 所以各國(guó)根據(jù)各自的使用經(jīng)驗(yàn) 人為劃分低溫界線 我國(guó)壓力容器規(guī)范多年來(lái)習(xí)慣把小于或等于 20 作為低溫界線 實(shí)踐表明這樣劃分具有足夠的安全性 目前世界各國(guó)按常規(guī)設(shè)計(jì)的壓力容器規(guī)范 對(duì)低溫壓力容器劃分的溫度界限各不相同 如表2所示 2 按應(yīng)力分析法設(shè)計(jì)的壓力容器規(guī)范要求容器在整個(gè)使用 包括制造 過(guò)程中 無(wú)論在常溫或低溫下使用 都應(yīng)具有一致的韌性要求 以防止在各個(gè)使用環(huán)節(jié)上發(fā)生脆性斷裂 因此 按應(yīng)力分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)的壓力容器規(guī)范 如ASME 2 中國(guó)的JB4732都不劃分低溫與常溫的溫度界限 表2各國(guó)按常規(guī)設(shè)計(jì)鋼制容器規(guī)范的低溫界線 2020 3 15 4 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液氧 液氮和液氬壓力容器 圖115L杜瓦容器 2020 3 15 5 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液氧 液氮和液氬壓力容器 圖2CF 100000液氧儲(chǔ)槽 1 儀表箱 2 液氧蒸發(fā)器 3 抽真空管 4 蓋板 2020 3 15 6 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液氧 液氮和液氬壓力容器 圖3WYN 180型運(yùn)輸用低溫容器 1 真空封口 2 支承 3 輸液管 4 定點(diǎn)液位計(jì) 5 引線管 6 擋板 7 外殼 8 吸附劑 9 安全閥 10 增壓系統(tǒng) 11 壓差液位計(jì) 12 蓋板 13 儀表板 14 內(nèi)膽 15 增壓管 2020 3 15 7 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液氧 液氮和液氬壓力容器 圖438M3鐵路液氧槽車(chē) 1 外殼體 2 內(nèi)容器 3 吊桿 4 排液閥 5 排液管 2020 3 15 8 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液氫和液氦壓力容器 圖5液氮保護(hù)的液氫容器 2020 3 15 9 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液氫和液氦壓力容器 圖6100L多屏絕熱液氦容器 2020 3 15 10 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 液化天然氣儲(chǔ)存容器 圖7東京煤氣公司130000M3地下液化天然氣儲(chǔ)罐 2020 3 15 11 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu) 低溫液體輸送壓力管道及設(shè)備 圖8低溫閥門(mén) 1 擺動(dòng)桿 2 可拆卸的罩 3 閥 2020 3 15 12 低溫壓力容器的結(jié)構(gòu)材料 低溫壓力容器內(nèi)膽常采用奧氏體不銹鋼 鋁合金 銅合金 鈦 液化天然氣的內(nèi)膽也可用9 Ni鎳鋼和36 Ni鋼 鎳合金 液氟容器內(nèi)膽多用蒙乃爾合金或不銹鋼 低溫壓力容器外殼常用碳鋼 如Q235 16MnR等 內(nèi)膽與外殼連接管道和構(gòu)件常用奧氏體不銹鋼 蒙乃爾合金 2020 3 15 13 低溫鋼制壓力容器 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 國(guó)內(nèi) 1GB150 1998 鋼制壓力容器 2 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 3JB4732 鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 國(guó)外 1美國(guó)ASME鍋爐壓力容器規(guī)范 1 2 2英國(guó)BS5500 1997 非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范 3德國(guó)AD 壓力容器規(guī)范 4日本JISB8270 1993 壓力容器基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn) 5日本JISB8240 1993 制冷用壓力容器結(jié)構(gòu) 6法國(guó)CODAP 1995 壓力容器構(gòu)造 2020 3 15 14 低溫鋼制壓力容器 低溫用鋼 19世紀(jì)末以來(lái) 在嚴(yán)寒地帶的鐵軌 橋梁和結(jié)構(gòu)件曾發(fā)生一系列低溫脆性斷裂事故 鋼的冷脆是壓力容器材料脆化最重要的類(lèi)型 所謂冷脆性是指金屬材料在低溫下呈現(xiàn)韌性降低 脆性增大的現(xiàn)象 對(duì)于在低溫下工作的受壓元件 考慮鋼材冷脆性是選用鋼材的基本要求 對(duì)于高溫下工作的承壓設(shè)備 雖然在運(yùn)行狀態(tài)下塑性良好 但在室溫下進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí) 仍有可能發(fā)生脆性破壞 這也屬于冷脆問(wèn)題 本世紀(jì)紀(jì)40年代以來(lái) 許多壓力容器 管道 化工設(shè)備及大型結(jié)構(gòu)等焊接結(jié)構(gòu) 多次發(fā)生脆性破壞 造成了巨大的損失 為了避免發(fā)生破壞 在水壓試驗(yàn)時(shí)規(guī)定了不同的最低溫度值 當(dāng)溫度逐漸降低時(shí) 材料的破壞型式將由延性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?其轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度 這是材料低溫韌性的重要指標(biāo) 2020 3 15 15 低溫鋼制壓力容器 影響低溫韌性因素 1 晶體結(jié)構(gòu)因素 體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度較高 脆性斷裂傾向較大 面心立方結(jié)構(gòu)金屬如銅 鋁 鎳和奧氏體鋼則沒(méi)有這種溫度效應(yīng) 即不產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷 2 化學(xué)成分的影響 對(duì)低溫壓力容器而言 增加含碳量將增大材料的脆性 提高脆性轉(zhuǎn)變溫度 低溫用鋼含碳量不超過(guò)0 2 錳 鎳改善鋼材低溫韌性 少量V Ti Nb Al彌散析出碳化物和氮化物 進(jìn)行沉淀強(qiáng)化改善鋼材低溫韌性 3 晶粒度的影響 晶粒尺寸是影響鋼低應(yīng)力脆斷重要因素 細(xì)晶粒使金屬有較高斷裂強(qiáng)度 且使脆性轉(zhuǎn)變溫度降低 4 夾雜物的影響 磷易產(chǎn)生晶界偏析 鋼中的氧以各種氧化物的形式在晶界析出 顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷 5 熱處理和顯微組織影響 對(duì)鋼的低應(yīng)力脆斷有很大影響 調(diào)質(zhì)處理可以改善鋼材低溫韌性 但回火溫度不應(yīng)過(guò)高 正火處理用得最多 退火處理組織粗大 一般不采用 6 冷變形的影響 冷變形使鋼的韌性降低 應(yīng)變時(shí)效使低溫韌性惡化 脆性轉(zhuǎn)變溫度升高 7 應(yīng)力狀態(tài)的影響 焊接接頭中有裂紋存在又具有殘余應(yīng)力時(shí) 低應(yīng)力脆斷性質(zhì)更為明顯 2020 3 15 16 低溫壓力容器用鋼的韌性要求 大部分國(guó)家將低溫容器設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在選材上 并在制造 結(jié)構(gòu)上加以某些限制 早期的ASME規(guī)范 對(duì)于低碳鋼及某些低合金鋼制成的容器 在低溫工作時(shí)要求其材料的夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn)沖擊功不小于20J 該規(guī)定是建立在大量的破壞事故及其材料試驗(yàn)基礎(chǔ)上的 對(duì)當(dāng)時(shí)規(guī)范所推薦鋼板的大量夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn)結(jié)構(gòu)中 發(fā)現(xiàn)起裂型鋼板的最大沖擊功約為14J 傳裂型鋼板最大沖擊功不超過(guò)18J 大于27J的均屬于止裂型 基于當(dāng)時(shí)的研究結(jié)果 將V形缺口 沖擊試驗(yàn)沖擊功AKV 20J作為材料在其最低使用溫度下的韌性考核指標(biāo) 到了1953年 由于使用了較高強(qiáng)度的鋼種 其臨界轉(zhuǎn)變溫度基點(diǎn)轉(zhuǎn)移到AKV沖擊功曲線的較高位置上去了 20J的AKV沖擊功指標(biāo)并不能避免脆斷的發(fā)生 因而對(duì)高強(qiáng)度鋼而言 不同的鋼種應(yīng)分別對(duì)指標(biāo)進(jìn)行校正 或附加側(cè)向膨脹量 0 38mm 目前國(guó)外容器規(guī)范采用20J作為低碳鋼在最低工作溫度或設(shè)計(jì)溫度下鋼材缺口韌性唯一判據(jù)的有 美國(guó)ASME 1及 2 法國(guó)規(guī)范等 AD規(guī)范W10采用DVM試樣的沖擊功作為判據(jù) 即在設(shè)計(jì)溫度下的DVM試樣沖擊功韌性為橫向35J cm2 此值相當(dāng)于采用V形缺口夏比試樣 在設(shè)計(jì)溫度提高10 的試驗(yàn)溫度下達(dá)到縱向27J 一般認(rèn)為在采用相同試樣型式的前提下 縱橫向的沖擊功之比大約為1 0 7 GB150參考采用了ASME 1的有關(guān)規(guī)定 以20J作為低碳鋼強(qiáng)度級(jí)別的鋼材的驗(yàn)收判據(jù) 對(duì)鋼板來(lái)講國(guó)內(nèi)要求橫向取樣 其沖擊功要求并不低于國(guó)外規(guī)則對(duì)鋼材的韌性要求 2020 3 15 17 鋼材低溫韌性的評(píng)定方法 自40年代鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂引起人們重視以來(lái) 各國(guó)對(duì)鋼材低溫韌性的評(píng)定方法以及評(píng)定指標(biāo)進(jìn)行了廣泛的研究及試驗(yàn) 其中與壓力容器關(guān)系較為密切的試驗(yàn)方法有下列幾種 低溫沖擊韌性試驗(yàn) V形缺口 U形缺口 DVM試樣 落錘試驗(yàn) 全厚度的大型試驗(yàn) 寬板試驗(yàn) 雙重拉伸試驗(yàn) ESSO試驗(yàn) 斷裂力學(xué)試驗(yàn) 平面應(yīng)變斷裂韌性KIC及裂紋尖端張開(kāi)位移COD法 其中以低溫夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn)應(yīng)用最為廣泛 低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)低于或等于殼體或主要受壓元件的最低設(shè)計(jì)溫度 并以在沖擊試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的一定的吸收功AKV J 或一定的斷口纖維百分率的溫度 即脆性轉(zhuǎn)變溫度來(lái)評(píng)定材料的低溫韌性 1 美國(guó)ASME規(guī)范 1 2 日本JIS8243 德國(guó)AD 壓力容器規(guī)范 法國(guó)CODAP 1995 壓力容器構(gòu)造 以 V形缺口 沖擊試驗(yàn)為依據(jù) 2 英國(guó)BS5500 1997 非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范 以寬板試驗(yàn)為基礎(chǔ) 以 V形缺口 沖擊試驗(yàn)為工程評(píng)定方法 3 日本W(wǎng)ES3003 低溫結(jié)構(gòu)用鋼板評(píng)定基準(zhǔn) 及JISB8250 壓力容器構(gòu)造 另一標(biāo)準(zhǔn) 以溫度梯度型雙重拉伸試驗(yàn) 以ESSO試驗(yàn)為基礎(chǔ) 以缺口沖擊試驗(yàn)作為工程評(píng)定方法 4 美國(guó)ASME規(guī)范 核動(dòng)力裝置設(shè)備 是國(guó)外唯一的以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)的規(guī)范 采用缺口沖擊試驗(yàn)及落錘試驗(yàn)作為工程的評(píng)定方法 2020 3 15 18 低溫壓力容器用鋼板和鍛件 一 國(guó)內(nèi) 外常用的低溫用鋼主要采用低溫鎮(zhèn)靜鋼和鎳系低溫鋼1 低溫鎮(zhèn)靜鋼 16MnDR 09Mn2VDR 09MnTiCuRe 06MnVAl 06AlNbCuN2 鎳系低溫鋼 0 5 2 25 Ni 70 3 5 Ni 101 5 Ni 120 170 9 Ni廣泛用于液氧儲(chǔ)罐 強(qiáng)度高 具有良好的低溫韌性 196 2 5Ni 60 AKV 47J 3 5Ni 100 AKV 47J 9Ni 170 AKV 47J 15Mn26A14 253 AKV 47J 3 奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9 196 AKV 47J 700 二 低溫壓力容器用鋼板 GB150 鋼制壓力容器 GB3531 低溫用壓力容器鋼板 16MnDR 40 AKV 24J 15MnNiDR 45 AKV 27J 09Mn2VDR 40 AKV 27J 09MnNiDR 40 AKV 27J 07MnNiCrMoVDR 40 AKV 47J 三 低溫壓力容器用鋼鍛件09Mn2VD 50 AKV 27J 20MnMoD 30 AKV 27J 08MnNiMoVD 40 AKV 47J 10Ni3MoD 50 AKV 47J 16MnD 40 AKV 20J 09MnNiD 70 AKV 27J 2020 3 15 19 防止低應(yīng)力脆斷的設(shè)計(jì)原則 目前所有的容器規(guī)范對(duì)低溫壓力容器的設(shè)計(jì) 是根據(jù)室溫抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度所決定的許用應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì) 該方法能有效地防止發(fā)生大塑性變形的破壞 如何確定需要的韌性水平 應(yīng)根據(jù)采用何種原則決定 第一種原則 允許存在一定的缺陷 但應(yīng)能防止開(kāi)裂 在焊接部位一般來(lái)說(shuō)存在缺陷較多且韌性較差 而斷裂總是從缺陷和韌性較差的地方開(kāi)始的 因此采用這一原則時(shí)必須測(cè)定熱影響區(qū)和熔合線的性能 要求韌性最差的地方能承受外載荷所產(chǎn)生的應(yīng)變 第二種原則 允許有缺陷存在并有可能自韌性較差的焊接區(qū)開(kāi)裂 主要靠母材來(lái)防止裂紋擴(kuò)展而避免產(chǎn)生斷裂事故 由于焊接接頭金屬 熔合線和熱影響區(qū)的韌性較母材差 所以裂紋往往沿著焊接接頭區(qū)而擴(kuò)展 因而用這種方法來(lái)防止脆斷并不可靠 第三種原則 允許自缺陷處發(fā)生開(kāi)裂 而容器的各個(gè)部位均能止裂 它存在二個(gè)缺點(diǎn) 采用這種防止脆斷方法時(shí)要選用韌性非常好的材料 這意味著材料成本費(fèi)非常高昂 作為一個(gè)絕對(duì)安全準(zhǔn)則的有效性是和結(jié)構(gòu)類(lèi)型有關(guān)的 對(duì)帶缺陷容器的爆破試驗(yàn)結(jié)果表明 在完全液壓狀態(tài)下止裂較容易 在氣壓或帶有部分氣體的液壓情況下 由于系統(tǒng)中儲(chǔ)藏的能量較大 止裂較困難或須設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的止裂結(jié)構(gòu) 而對(duì)于石油化工及制冷空分行業(yè)的低溫壓力容器來(lái)說(shuō) 其內(nèi)部介質(zhì)往往是氣相 氣液二相 因此不能用止裂原則來(lái)防止低溫脆斷 由此可見(jiàn) 對(duì)于低溫壓力容器最適當(dāng)?shù)姆乐勾鄶嗟霓k法是第一種原則即防止開(kāi)裂原則 目前世界各國(guó)的壓力容器規(guī)范都采用這一原則 2020 3 15 20 低溫低應(yīng)力工況 1 1972年德國(guó)AD規(guī)范首先在低溫容器中 把使用溫度和應(yīng)力水平聯(lián)系在一起綜合考慮 試驗(yàn)表明如焊接構(gòu)件在使用前 先在高于材料無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行超載試驗(yàn) 只要這個(gè)預(yù)加的試驗(yàn)載荷與操作時(shí)應(yīng)力是同種類(lèi)型和同樣方向 則脆性斷裂就不會(huì)在低于預(yù)加的試驗(yàn)載荷下發(fā)生 因此水壓試驗(yàn)為焊態(tài)容器在低應(yīng)力工況下避免脆性開(kāi)裂提供保證 2 在制冷和空分設(shè)備中 Q235 A F曾用于 196 的制氧蓄冷器 鑄鐵設(shè)備也成功地應(yīng)用于低溫場(chǎng)合 從制冷劑溫度與飽和蒸氣壓關(guān)系可知 采用標(biāo)準(zhǔn)沸騰溫度大于 50 的制冷劑的制冷壓力容器 設(shè)計(jì)壓力與低溫下的工作壓力的比值都在6以上 當(dāng)容器的工作壓力由介質(zhì)的飽和蒸汽壓決定 且殼體的一次總體薄膜應(yīng)力僅考慮由內(nèi)壓引起 在低溫工況下 其應(yīng)力水平是相當(dāng)?shù)偷?3 日本焊接學(xué)會(huì)證實(shí)外加應(yīng)力對(duì)最低使用溫度有影響 一般許用應(yīng)力由 S 2降到 S 6 使用溫度可降低30 左右 4 AD規(guī)范把應(yīng)力分為三類(lèi) 一類(lèi)按常溫的設(shè)計(jì)應(yīng)力 二類(lèi)按常溫設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的75 或50 三類(lèi)按常溫設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的25 如以DIN17100 組鋼為例 在一類(lèi)應(yīng)力范圍的許用工作溫度為 10 二類(lèi)應(yīng)力水平的許用溫度為 60 三類(lèi)應(yīng)力范圍的許用工作溫度為 85 見(jiàn)表4 2020 3 15 21 低溫低應(yīng)力工況 GB150對(duì) 低溫低應(yīng)力工況 作了定義 系指在低溫操作條件下 其環(huán)向應(yīng)力 鋼材標(biāo)準(zhǔn)常溫屈服點(diǎn)的六分之一 且 50MPa時(shí)的工況 在 低溫低應(yīng)力工況 若設(shè)計(jì)溫度加上50 后高于 20 則不必遵循低溫壓力容器的有關(guān)規(guī)定 若設(shè)計(jì)溫度調(diào)整后低于或等于 20 時(shí) 按調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度執(zhí)行低溫壓力容器的有關(guān)規(guī)定 沖擊試驗(yàn)溫度也 調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度 低溫低應(yīng)力工況 不適用于鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于540MPa的低溫容器 2020 3 15 22 低溫低應(yīng)力工況 隨著斷裂力學(xué)不斷發(fā)展和低溫壓力容器應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大 世界各國(guó)容器的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了低應(yīng)力工況下低溫壓力容器特殊處理方法 2020 3 15 23 低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 1 低溫鋼材牌號(hào)選用低溫壓力容器用鋼按韌性達(dá)到的最低使用溫度來(lái)分類(lèi) 圖紙和設(shè)計(jì)資料審查時(shí)應(yīng)注意 所用鋼材 板材 管材 鍛件及其它受壓元件材料 牌號(hào)是否是低溫用鋼 所用溫度范圍是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 2 鋼材發(fā)放和標(biāo)記移植低溫壓力容器材料用錯(cuò)將產(chǎn)生重大隱患 因此 鋼材發(fā)放必須嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)管理規(guī)定 材料監(jiān)檢抽查要特別注意材料質(zhì)保書(shū)和領(lǐng)料單內(nèi)容的審查 現(xiàn)場(chǎng)巡檢應(yīng)重點(diǎn)檢查標(biāo)記移植情況 材料的標(biāo)記應(yīng)采用油漆 不得打鋼印 3 低溫鋼材的沖擊試驗(yàn)和韌性要求低溫壓力容器及其受壓元件所采用的鋼材 必須進(jìn)行低溫夏比V形缺口沖擊試驗(yàn) 試驗(yàn)細(xì)節(jié)及要求如下 試驗(yàn)方法 鋼材的沖擊試驗(yàn)方法 應(yīng)符合GB4159 金屬低溫夏比沖擊試驗(yàn)方法 的有關(guān)規(guī)定 沖擊試樣為GB2106 金屬夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)方法 規(guī)定的10mm 10mm 55mm標(biāo)準(zhǔn)試樣 若無(wú)法制備標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí) 也可采用7 5mm 10mm 55mm 5mm 10mm 55mm的小尺寸試樣 小尺寸試樣的缺口寬度一般應(yīng)小于鋼材名義厚度的80 試樣的缺口應(yīng)沿厚度方向 棒材沿徑向 切取 并以三個(gè)試樣為一組 2020 3 15 24 低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 4 試驗(yàn)溫度低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗(yàn)溫度須低于或等于容器或其受壓元件的設(shè)計(jì)溫度 當(dāng)容器或其受壓元件使用在 低溫低應(yīng)力工況 時(shí) 鋼材的沖擊試驗(yàn)溫度須低于或等于調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度 5 沖擊功指標(biāo)鋼材試驗(yàn)溫度下的沖擊功指標(biāo) 按鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低抗拉強(qiáng)度確定 具體要求須滿足表15 1 1的規(guī)定 小試樣的沖擊功指標(biāo)根據(jù)試樣寬度按比率縮減 表低溫夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn)最低沖擊功規(guī)定值 注 1 試驗(yàn)溫度下三個(gè)試樣的沖擊功平均值不得低于表4 5的規(guī)定 其中單個(gè)試樣的沖擊功可小于平均值 但不得小于平均值的70 2 抗拉強(qiáng)度大于650MPa的螺栓等鋼材的沖擊功值按抗拉強(qiáng)度等于650MPa的要求 但40CrNiMo的低溫沖擊功應(yīng)不小于31J 三個(gè)試樣平均值 2020 3 15 25 低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 6 免做低溫夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn)的規(guī)定低溫壓力容器用鋼若符合下列條件之一者可免做低溫夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn) 1 因鋼材的尺寸限制 無(wú)法制備5mm 10mm 55mm沖擊試樣者 且設(shè)計(jì)溫度不低于 45 者 2 在GB150所列的低碳鋼和碳錳鋼鋼管 因鋼管尺寸限制 無(wú)法制備5mm 10mm 55mm沖擊試樣 且設(shè)計(jì)溫度不低于表15 1 2 3 螺母用鋼 4 在 低溫低應(yīng)力工況 下使用的容器或受壓元件所用鋼材 5 含碳量 0 10 的標(biāo)準(zhǔn)鉻鎳奧氏體不銹鋼 設(shè)計(jì)溫度高于或等于 196 者 2020 3 15 26 低溫鋼制壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 1 焊接材料的選用原則低溫壓力容器用鋼焊接材料選擇必須保證焊接接頭含有的有害雜質(zhì)硫 磷 氧 氮最少 尤其是含Ni鋼應(yīng)嚴(yán)格限制雜質(zhì)含量 因?yàn)殡s質(zhì)含量增加 會(huì)明顯降低焊接接頭的韌性 與低溫受壓元件焊接的非受壓附件焊接接頭 當(dāng)承載較大時(shí) 應(yīng)按受壓元件焊接接頭同樣要求 當(dāng)承載較小時(shí) 可按焊接性要求選用相應(yīng)的焊接材料 低溫壓力容器受壓元件或受壓元件與非受壓元件焊接用手工電弧焊焊條應(yīng)選用GB5117 碳鋼焊條 和GB5118 低合金焊條 低氫堿性焊條 埋弧焊劑應(yīng)選用堿性或中性焊劑 2 產(chǎn)品焊接試板鐵素體鋼產(chǎn)品焊接試板的低溫沖擊試驗(yàn)規(guī)定如下 鐵素體鋼之間的焊接一般應(yīng)采用鐵素體型焊接材料 9 Ni鋼除外 焊接接頭的低溫沖擊試驗(yàn)溫度以及焊接接頭金屬 熔合線 熱影響區(qū)低溫沖擊功要求應(yīng)符合圖樣或相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定 且不得小于27J 2020 3 15 27 低溫壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 3 鐵素體鋼之間的異種鋼焊接用焊接材料一般按韌性要求較高側(cè)的母材選用 焊接接頭金屬的沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)不高于兩側(cè)母材中的較低者 異種鋼焊接工藝評(píng)定和產(chǎn)品焊接試板熱處理狀態(tài)應(yīng)與容器使用狀態(tài)相同 性能符合下列要求 焊接接頭拉伸和彎曲試驗(yàn)要求符合兩側(cè)母材中的較低要求 低溫沖擊功要求應(yīng)符合圖樣或相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定 且不得小于27J 4 奧氏體鋼的焊接材料選用注意事項(xiàng) 奧氏體鋼之間的焊接材料選用應(yīng)符合下列要求 焊接接頭金屬含碳量 0 10 焊接接頭金屬的化學(xué)成分應(yīng)符合GB983 不銹鋼焊條 中E0 19 10 E00 19 10 E00 23 13和GB4233 惰性氣體保護(hù)焊接用不銹鋼棒及鋼絲 GB4242 焊接用不銹鋼鋼絲 中H0Cr21Ni10 H00Cr21Ni10 H0Cr26Ni21的要求 設(shè)計(jì)溫度低于 100 時(shí) 應(yīng)按JB4708 鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定 進(jìn)行焊接接頭低溫夏比 V形缺口 沖擊試驗(yàn) 并符合標(biāo)準(zhǔn)中表4 5要求 2020 3 15 28 低溫壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 鐵素體鋼與奧氏體鋼之間焊接的有關(guān)注意事項(xiàng)鐵素體鋼與奧氏體鋼之間異種鋼焊接 一般應(yīng)選用Cr23Ni13或Cr26Ni21型高鉻鎳或鎳基焊接材料 焊后原則上不再進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理 該類(lèi)異種鋼焊接應(yīng)符合下列要求 焊接接頭抗拉強(qiáng)度不低于兩側(cè)母材最低抗拉強(qiáng)度較小值 鐵素體鋼側(cè)的熔合線和熱影響區(qū)的沖擊功應(yīng)按鐵素體鋼的抗拉強(qiáng)度要求 接頭應(yīng)作側(cè)彎試驗(yàn) 試驗(yàn)方法按GB150確定 5 現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量監(jiān)檢控制要點(diǎn)低溫壓力容器的現(xiàn)場(chǎng)焊接必須嚴(yán)格按照評(píng)定合格的焊接工藝施焊 焊接線能量增大會(huì)導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)的韌性下降 因此要最大限度地減小過(guò)熱 采用小的焊接線能量 焊接線能量的監(jiān)督可通過(guò)控制電流 電壓 焊接速度 以及規(guī)定每根焊條的焊接長(zhǎng)度等方法進(jìn)行 在多道焊時(shí) 應(yīng)盡可能降低焊道間的溫度 層間溫度 即盡可能不要連續(xù)施焊 快速多道焊有利于晶粒細(xì)化 提高焊縫的韌性 2020 3 15 29 低溫壓力容器的監(jiān)檢要點(diǎn) 低溫容器結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能地限制峰值應(yīng)力及各種局部應(yīng)力 1 結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單 減少焊接件的約束 2 避免產(chǎn)生過(guò)大的溫度梯度 3 盡量避免結(jié)構(gòu)形狀的突然變化 以減少局部高應(yīng)力 焊縫不允許存在咬邊 所有咬邊必須打磨消除 4 焊接時(shí)不應(yīng)使用不連續(xù)焊或在筒節(jié)組對(duì)時(shí)用點(diǎn)焊連接 5 容器的支座或支腿需設(shè)置墊板 不得直接焊在殼體上 具體做法包括 各幾何形狀不連續(xù)的連接元件之間應(yīng)有足夠大的過(guò)渡圓弧半徑 厚薄不一致的連接件之間應(yīng)有足夠斜度的削薄過(guò)渡 盡可能使各構(gòu)件在外載荷作用下可以自由變形 不受約束 各支座和容器受壓元件的接觸處應(yīng)設(shè)置墊板 使局部載荷盡可能均勻地作用在各受壓元件上 在加熱或冷卻物料的進(jìn)出口處 應(yīng)盡量使流體和受壓元件均勻接觸 優(yōu)先采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)或整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)而盡量少用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu) 圓筒或封頭上的開(kāi)孔盡可能在徑向開(kāi)孔 盡可能采用整體法蘭 各類(lèi)焊接接頭盡可能采用全熔透結(jié)構(gòu) 2020 3 15 30 鋁合金制壓力容器 鋁在地殼外層16Km范圍內(nèi)約占有7 5 儲(chǔ)量不僅比鐵 4 7 多 而且比其他有色金屬的總和還多 鋁合金主要用作耐腐蝕容器 防鐵污染容器及低溫壓力容器 鋁是面心立方晶格 沒(méi)有其他同素異構(gòu)體 低溫下不存在象鐵素體鋼那樣的脆性轉(zhuǎn)變 鋁合金主要用于制作耐腐蝕 防鐵污染和低溫容器 我國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì) 制造和使用了大量的鋁合金容器 技術(shù)上取得一定經(jīng)驗(yàn) 我國(guó)在發(fā)布JB741 80 鋼制焊接壓力容器技術(shù)條件 之前就制訂了JB1580 75 鋁制焊接容器技術(shù)條件 但只包括了制造 檢驗(yàn)方面的內(nèi)容 沒(méi)有包括設(shè)計(jì) 材料方面的內(nèi)容 90和99版 容規(guī) 均包括了鋁合金容器有關(guān)安全技術(shù)的內(nèi)容 JB T4734 2002 鋁制焊接容器 是國(guó)內(nèi)第一個(gè)內(nèi)容完整 包括設(shè)計(jì) 選材 制造和檢驗(yàn) 的鋁制壓力容器標(biāo)準(zhǔn) 包括了壓力容器和常壓容器 也包含了全鋁和襯鋁兩種焊制容器 設(shè)計(jì)壓力 8MPa 使用溫度下限為 269 2020 3 15 31 鋁合金制壓力容器 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó) 日本 前蘇聯(lián) 德國(guó) 英國(guó) 法國(guó)等均有鋁制壓力容器的標(biāo)準(zhǔn) 其中德國(guó) 英國(guó) 法國(guó)除鋁制壓力容器外 沒(méi)有列入其他有色金屬的標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)ASME鍋爐壓力容器規(guī)范 英國(guó)BS5500 非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范 AA章 德國(guó)AD壓力容器規(guī)范 日本JISB8270 1993 壓力容器基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn) 日本JISB8240 1993 制冷用壓力容器結(jié)構(gòu) 法國(guó)CODAP 1995 非直接火壓力容器規(guī)范 M13節(jié)等 前蘇聯(lián) 26158 有色金屬容器和構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算方法的一般要求 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) GB151 管殼式換熱器 JB T2549 鋁制空氣分離設(shè)備制造技術(shù)規(guī)范 GB11640 鋁合金無(wú)縫氣瓶 HGJ29 1990 鋁襯里設(shè)備 GB10479 89 鋁制鐵道罐車(chē)技術(shù)條件 JB T4734 2002 鋁制焊接容器 2020 3 15 32 鋁合金制壓力容器應(yīng)用特點(diǎn) 鋁在一些氧化性介質(zhì)中有良好的耐蝕性 在高溫濃硝酸中 純鋁的耐蝕性?xún)?yōu)于不銹鋼 鋁容器的應(yīng)用之一是耐腐蝕 對(duì)腐蝕產(chǎn)物含鐵會(huì)污染物料的工藝流程 鋼不能滿足要求 鋁有較好的抗腐蝕性 而且可以防鐵污染 鋁容器的應(yīng)用之二是防鐵污染 鋁是面心立方晶格 沒(méi)有其他同素異構(gòu)體 低溫下不存在脆性轉(zhuǎn)變 鋁容器的應(yīng)用之三是低溫容器 在各種金屬容器中 鋁容器是強(qiáng)度和剛度最低的容器 是相對(duì)重量最輕的容器 也是允許使用溫度最低的容器 2020 3 15 33 鋁合金制壓力容器用材特點(diǎn) GB T3190 1996 變形鋁及鋁合金化學(xué)成分 中有143個(gè)牌號(hào) 容器用鋁只取用部分牌號(hào) 主要為鋁鎂合金和鋁錳合金 按照德 法兩國(guó)對(duì)鋁材的要求 容器用鋁基本上選用伸長(zhǎng)率 橫向 不低于14 的變形鋁 為了得到好的塑性 純鋁 鋁錳合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態(tài)或熱作狀態(tài)使用 不采用冷作狀態(tài) 熱作狀態(tài)鋁的焊接接頭 焊接熱對(duì)熱影響區(qū)有退火作用 因而其許用應(yīng)力取退火狀態(tài)鋁材的許用應(yīng)力 只有鋁鎂硅合金和鋁銅合金采用固溶時(shí)效狀態(tài) 以保證其高強(qiáng)度 鎂在鋁中的極限溶解度為14 9 但室溫溶解度僅為0 34 鎂含量較高時(shí) 會(huì)鋁鎂合金在某些介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕敏感性 只有在65 以下使用才不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕 因此含鎂量超過(guò)了3 的鋁鎂合金規(guī)定設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)65 同時(shí)析出相過(guò)多也會(huì)降低沖擊韌性 因此含鎂量超過(guò)3 的鋁鎂合金及其焊接接頭應(yīng)檢驗(yàn)沖擊韌性 其他鋁和鋁容器 包括低溫鋁容器均不要求進(jìn)行沖擊韌性檢驗(yàn) 鋁沒(méi)有同素異構(gòu)體 純鋁 鋁錳合金 鋁鎂合金等不可能通過(guò)熱處理相變來(lái)提高強(qiáng)度 稱(chēng)為不可熱處理強(qiáng)化鋁 鋁鎂硅合金可通過(guò)固溶時(shí)效析出Mg2Si強(qiáng)化相提高強(qiáng)度 鋁銅合金可通過(guò)固溶時(shí)效提高強(qiáng)度 稱(chēng)為可熱處理強(qiáng)化鋁 鋁和鋼可以爆炸復(fù)合 但國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 因此一般不用復(fù)合板制造容器 我國(guó)尚無(wú)適用的鋁鍛件國(guó)標(biāo)或行標(biāo) 本標(biāo)準(zhǔn)只推薦一些鋁鍛件 2020 3 15 34 鋁合金制壓力容器設(shè)計(jì)特點(diǎn) 鋁材比普通鋼材稍貴 尤其是鋁的強(qiáng)度比鋼低得多 純鋁在較高溫度下比鋼的強(qiáng)度更低 因而容器常用襯鋁結(jié)構(gòu) 由鋼層承載 襯鋁層起耐蝕與防止鐵污染的作用 常溫下鋁的線膨脹系數(shù)為22 9 10 6 而鐵素體鋼為11 7 10 6 襯鋁容器設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮附加熱應(yīng)力 選用鋁材除應(yīng)考慮耐均勻腐蝕性能外 還應(yīng)考慮晶間腐蝕 點(diǎn)腐蝕 應(yīng)力腐蝕等性能 鋁和鋼不能熔焊 襯鋁層常用蓋板搭接焊結(jié)構(gòu) 鋼件上也不能堆焊鋁 鋁容器耐沖蝕性能不好 高速流體的沖擊和磨會(huì)破壞鋁表面的鈍化膜 對(duì)介質(zhì)的流速應(yīng)予以限制 腐蝕性介質(zhì)的流速應(yīng)低于1 5m s 清水的流速應(yīng)低于6m s 鋁很軟 用作螺栓容易咬死 鋁容器中應(yīng)盡量使用鋼螺栓 鋁螺栓也應(yīng)采用強(qiáng)度高的鋁 在濃硝酸等介質(zhì)中 鋁焊縫的耐蝕性比母材差得較多 采用無(wú)縫旋壓鋁筒可獲得較好的效果 2020 3 15 35 鋁合金制容器的制造檢驗(yàn)特點(diǎn) 鋁在高溫下易與空氣中的氧反應(yīng) 鋁容器焊接時(shí)要有良好的保護(hù) 鋁容器的焊接主要采用氬弧焊 鋁的熱導(dǎo)率和比熱容約為鐵素體鋼的兩倍多 鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍 因而鋁的焊接應(yīng)盡量采用能量集中 功率大的能源 焊接時(shí)鋁熔池凝固時(shí)的體收縮率約為鋼的兩倍 因而鋁焊縫容易產(chǎn)生縮孔 縮松及熱裂紋 鋁焊接熔池易吸收氫等氣體 焊縫易產(chǎn)生氣孔 熔池中進(jìn)入氧化鋁易形成夾渣 焊前清除焊件與焊絲的氧化膜 水分 油污 有機(jī)物等對(duì)鋁的焊接很重要 鋁焊接熔池金屬固態(tài)與液態(tài)沒(méi)有明顯的色澤差別 焊接對(duì)應(yīng)注意掌握 鋁容器焊后一般不要求熱處理 鋁無(wú)磁性 表面無(wú)損檢測(cè)不能用磁性法 常用滲透法 2020 3 15 36 鈦合金制壓力容器 鈦在地殼外層10英里范圍內(nèi)約占有0 4 儲(chǔ)量在金屬中僅次于鋁 鐵 鎂占第四位 世界海綿鈦的年產(chǎn)能力超過(guò)10萬(wàn)噸 由于鈦合金優(yōu)異的耐腐蝕性 在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用也更為廣泛 鈦是面心立方晶格 沒(méi)有其他同素異構(gòu)體 低溫下不存在脆性轉(zhuǎn)變 我國(guó)生產(chǎn)的鈦材約有75 用于制造容器和換熱器 自從1965年制造了第一臺(tái)在鈦合金容器以來(lái) 我國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì) 制造和使用了數(shù)萬(wàn)噸鈦合金容器 技術(shù)上取得一定經(jīng)驗(yàn) 在鈦材的設(shè)計(jì) 制造 檢驗(yàn) 使用 維修等方面也制訂一系列專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 90和99版 容規(guī) 均包括了鈦合金容器有關(guān)安全技術(shù)的內(nèi)容 GB151 管殼式換熱器 包括了鈦制管殼式換熱容器 GB16409 板式換熱器 包括了鈦制板式換熱容器 JB T4745 2002 鈦制焊接容器 是國(guó)內(nèi)第一個(gè)內(nèi)容完整 包括設(shè)計(jì) 選材 制造和檢驗(yàn) 的鈦制壓力容器標(biāo)準(zhǔn) 包括了壓力容器和常壓容器 包含了全鈦容器 襯鈦容器和復(fù)合板制容器 該標(biāo)準(zhǔn)的編制形式和GB150相似 鈦合金容器最低設(shè)計(jì)溫度可達(dá) 269 設(shè)計(jì)壓力 35MPa 2020 3 15 37 鈦合金制壓力容器 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó) 日本 前蘇聯(lián) 德國(guó) 英國(guó) 法國(guó)等均有鈦制壓力容器的標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)ASME鍋爐壓力容器規(guī)范 英國(guó)CP3003 化工容器和設(shè)備的襯里 第九節(jié) 日本JISB8240 制冷用壓力容器結(jié)構(gòu) 法國(guó)CODAP 非直接火壓力容器規(guī)范 規(guī)定安全系數(shù) 俄OCT26 01 279 鈦制容器與設(shè)備 強(qiáng)度計(jì)算公式與方法 俄 26 01 114 鈦制容器與設(shè)備 靜載下開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算公式與方法 俄 26 01 114 鈦合金 3制法蘭聯(lián)接的容器與設(shè)備強(qiáng)度與密封的計(jì)算方法 俄 26 01 133 鈦與鈦合金制容器與設(shè)備 考慮低周載荷時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算公式與方法 俄OCT26 06 鈦與鈦合金制容器與設(shè)備 一般技術(shù)條件 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) JB T4745 2002 鈦制焊接容器 GB151 管殼式換熱器 GB16409 板式換熱器 2020 3 15 38 鈦合金制壓力容器應(yīng)用特點(diǎn) 鈦是面心立方晶格 沒(méi)有其他同素異構(gòu)體 低溫下不存在脆性轉(zhuǎn)變 可在航空航天工業(yè)制造移動(dòng)式低溫容器 重量輕 高比強(qiáng)度 但由于價(jià)格昂貴 通常很少用于制造固定式低溫容器 在海水 鹽水等含氯介質(zhì)中 碳鋼 低合金鋼 不銹鋼和鋁合金耐蝕性比較差 約有50 的鈦容器用于抗含氯介質(zhì)的腐蝕 鈦在發(fā)煙硝酸 干氯氣 甲醇 三氯乙烯 液態(tài)四氧化二氮 熔融金屬鹽 四氯化碳 尿吡啶 溴蒸汽等介質(zhì)可能發(fā)生燃燒 爆炸或應(yīng)力腐蝕 鈦容器對(duì)這些介質(zhì)應(yīng)回避或慎用 鈦在溫度超過(guò)500 的純氧或1200 的空氣中會(huì)發(fā)生燃燒 因此鈦容器不得在有純氧或空氣的情況下接觸明火 鈦材和鈦容器一般不要求考核沖擊韌性 2020 3 15 39 鈦合金制壓力容器用材特點(diǎn) 鈦的熔煉在真空條件下進(jìn)行 要消耗大量的能量 單位重量鈦材的價(jià)格約為普通鋼材的50倍 不銹鋼材的8倍 因此鈦材應(yīng)合理使用 奧氏體鋼 鋁和鈦均沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象 奧氏體鋼代之于屈服強(qiáng)度 0 2 鋁代之于規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力 P0 2 以及鈦代之于規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力 R0 2 容器用鈦的決定性指標(biāo)是塑性而不是強(qiáng)度 容器用鈦只有在退火狀態(tài)才具有最好的塑性 同時(shí)具有最低的屈強(qiáng)比 最好的耐腐蝕性和焊接性能 因此容器用鈦的材料供貨狀態(tài)均為退火狀態(tài) 2020 3 15 40 鈦合金制壓力容器設(shè)計(jì)特點(diǎn) 鈦容器的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)nb不得低于3 屈服強(qiáng)度 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力 不得低于1 5 鈦的屈強(qiáng)比常為0 6 0 8 因此溫度不高時(shí) 均以抗拉強(qiáng)度的計(jì)算作為決定性因素 鈦的許用應(yīng)力也以抗拉強(qiáng)度作為主要依據(jù) 鈦容器不需要考慮晶間腐蝕的檢驗(yàn)問(wèn)題 介質(zhì)的流速如超過(guò)臨界流速 會(huì)破壞鈦材表面鈍化層 大大加劇腐蝕 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意介質(zhì)流速不得超過(guò)臨界流速 通常在常溫海水中 鈦的臨界流速不超過(guò)20m s 雖然標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鈦容器的設(shè)計(jì)溫度可達(dá)300 但隨溫度的上升 強(qiáng)度下降明顯 比鋼明顯得多 當(dāng)溫度為200 時(shí)的抗拉強(qiáng)度僅為室溫的2 3 當(dāng)溫度為300 時(shí) 鈦材的抗拉強(qiáng)度僅為室溫的一半 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面衡量 確定設(shè)計(jì)方案 鈦與鋼的復(fù)合板制造的容器 在焊接接頭處復(fù)合層鈦和基層鋼不能熔焊成一體 復(fù)層和基層在焊接接頭處沒(méi)有連接強(qiáng)度 因此鈦復(fù)合板的復(fù)合層不能參加強(qiáng)度計(jì)算 2020 3 15 41 鈦合金制容器的制造檢驗(yàn)特點(diǎn) 鈦比鋼 鋁 銅 鎳等的屈強(qiáng)比高 過(guò)量冷成形易開(kāi)裂 成形量較大的工件宜采用熱成形 鈦在高溫下極易氧化 鈦容器的焊接主要采用真空或惰性氣體保護(hù)氬弧焊 鈦的彈性模量?jī)H為鋼的一半 在同樣的焊接應(yīng)力下 鈦的變形量也比鋼大一倍 焊接時(shí)應(yīng)盡量減少焊接變形量 鈦容器的推薦消除應(yīng)力退火處理溫度為 500 600 保溫15 60min 空冷 溫度不同 鈦表面氧化膜的顏色也不同 200 以下為銀白色 300 為淡黃色 400 以下為金黃色 500 為藍(lán)色 600 為紫色 700 800 為紅灰色 800 900 為灰色 銀白色和淡黃色表示氬氣保護(hù)良好 鐵污染會(huì)使鈦容器局部產(chǎn)生氫脆 鈦容器制造完畢可用試劑紙進(jìn)行鐵污染檢驗(yàn) 鐵氰化鉀 呈藍(lán)色 2020 3 15 42 銅制壓力容器 銅制壓力容器是常用的有色金屬壓力容器之一 主要用于耐腐蝕容器 防鐵離子污染容器 換熱容器和低溫容器 美國(guó) 日本 俄羅斯 德國(guó)等都有銅制壓力容器標(biāo)準(zhǔn) 法國(guó)也在其壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中確定了銅制壓力容器的安全系數(shù)等重要參數(shù) 99版 容規(guī) 對(duì)銅制壓力容器的安全技術(shù)做出明確規(guī)定 我國(guó)已有了較完整的銅材與銅焊接材料的標(biāo)準(zhǔn)體系 有個(gè)別設(shè)備 如空分設(shè)備 已制定相應(yīng)銅產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn) 國(guó)內(nèi)銅制壓力容器的設(shè)計(jì)和制造已積累一定的經(jīng)驗(yàn) 目前全國(guó)鍋容標(biāo)委會(huì)正在組織制定銅制壓力容器的基礎(chǔ)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB T4755 銅制壓力容器 標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)為材料和制造 由于銅制壓力容器的結(jié)構(gòu)形式 強(qiáng)度計(jì)算與鋼相似 該部分內(nèi)容均參照GB150 其焊接工藝評(píng)定和產(chǎn)品焊接試板部分均引用有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)銅材的特殊要求作出補(bǔ)充規(guī)定 該標(biāo)準(zhǔn)的制定將進(jìn)一步提高銅制壓力容器的設(shè)計(jì) 制造和使用水平 該標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)壓力 35MPa 設(shè)計(jì)溫度按銅材及其復(fù)合鋼板允許的使用溫度確定 通常使用溫度不低于 198 時(shí)對(duì)銅材及焊接接頭沒(méi)有特殊要求 當(dāng)使用溫度低于 198 時(shí)應(yīng)保證仍具有良好的拉伸斷后伸長(zhǎng)率 2020 3 15 43 鎳及鎳合金合金制壓力容器 鎳及鎳合金制壓力容器主要用于耐腐蝕容器 防鐵離子污染容器 換熱容器和低溫容器 比不銹鋼及其它有色金屬制壓力容器 在強(qiáng)酸 強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中有更好的耐蝕性 且具有更高的使用溫度 是一種重要的壓力容器類(lèi)型 美國(guó) 日本 俄羅斯 法國(guó)等均已制定相應(yīng)的鎳及鎳合金制壓力容器標(biāo)準(zhǔn) 99版 容規(guī) 對(duì)鎳及鎳合金制壓力容器的安全技術(shù)做出明確規(guī)定 80 90年代已形成較完整的鎳及鎳合金材料與焊接材料的標(biāo)準(zhǔn)體系和生產(chǎn)體系 國(guó)內(nèi)鎳及鎳合金制壓力容器的設(shè)計(jì)和制造已積累一定的經(jīng)驗(yàn) 目前全國(guó)鍋容標(biāo)委會(huì)正在組織制定鎳及鎳合金制壓力容器基礎(chǔ)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB T4756 鎳及鎳合金制壓力容器鎳及鎳合金制壓力容器 標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)為材料和制造 由于鎳及鎳合金制壓力容器的結(jié)構(gòu)形式 強(qiáng)度計(jì)算與鋼相似 該部分內(nèi)容均參照GB150 其焊接工藝評(píng)定和產(chǎn)品焊接試板部分均引用有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)銅材的特殊要求作出補(bǔ)充規(guī)定 該標(biāo)準(zhǔn)的制定將進(jìn)一步提高鎳及鎳合金制壓力容器的設(shè)計(jì) 制造和使用水平 該標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)壓力 35MPa 設(shè)計(jì)溫度按銅材及其復(fù)合鋼板允許的使用溫度確定 通常使用溫度不低于 198 時(shí)對(duì)鎳及鎳合金材料及焊接接頭沒(méi)有特殊要求 當(dāng)使用溫度低于 198 時(shí)應(yīng)保證仍具有良好拉伸斷后伸長(zhǎng)率 以鉻和鉬為主要合金元素的鎳合金比不銹鋼具有更高的晶間腐蝕敏感性 在大部分強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中工作的鎳合金制壓力容器都應(yīng)進(jìn)行晶間腐蝕敏感性試驗(yàn) 2020 3 15 44 檢驗(yàn)方案 設(shè)備的基本參數(shù) 主要包括設(shè)計(jì)壓力 使用壓力 設(shè)計(jì)溫度 使用溫度 容器結(jié)構(gòu)規(guī)格 材質(zhì) 使用介質(zhì) 容器類(lèi)別 保溫層 檢驗(yàn)依據(jù) 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系我國(guó)已經(jīng)形成以GB150為核心的產(chǎn)品和另部件標(biāo)準(zhǔn) 組成壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系的基本框架 其設(shè)計(jì)壓力范圍 0 1 35Mpa 有關(guān)的壓力容器安全法規(guī)1 法律 特種設(shè)備安全監(jiān)察法 2 法規(guī) 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例 3 規(guī)章 管理規(guī)定 辦法 4 技術(shù)法規(guī) 安全監(jiān)察規(guī)程類(lèi) 培訓(xùn)考核類(lèi) 技術(shù)檢驗(yàn)規(guī)則類(lèi) 壓力容器安全監(jiān)察法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系國(guó)家的安全法規(guī)是國(guó)家為保證承壓設(shè)備的安全而制定的強(qiáng)制性手段 在任何其管轄范圍內(nèi)的產(chǎn)品都必須遵循它的安全原則 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是推薦性的 規(guī)定保證承壓設(shè)備安全所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)指標(biāo) 但標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該符合技術(shù)法規(guī)的安全原則 可以指導(dǎo)承壓設(shè)備的設(shè)計(jì) 制造 安裝 檢驗(yàn)和驗(yàn)收 是承壓設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)和貿(mào)易的技術(shù)平均平臺(tái) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全法規(guī)在總體上都是保證承壓設(shè)備使用安全 但在作用和其他方面是有區(qū)別的 2020 3 15 45 檢驗(yàn)方案 檢驗(yàn)準(zhǔn)備 檢驗(yàn)質(zhì)保體系 質(zhì)保體系人員 技術(shù)總負(fù)責(zé)人 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 檢驗(yàn)責(zé)任工程師 無(wú)損檢測(cè)責(zé)任工程師 材料責(zé)任工程師 安全員 質(zhì)保體系有效運(yùn)轉(zhuǎn) 原始資料審查 設(shè)計(jì)文件圖紙 材料質(zhì)保書(shū) 制造質(zhì)保書(shū) 安裝質(zhì)保書(shū) 使用工況 實(shí)際工藝參數(shù) 歷次檢驗(yàn)報(bào)告 修理改造記錄和歷次事故處理報(bào)告 宏觀檢驗(yàn) 超聲測(cè)厚 無(wú)損檢測(cè) 壓力容器行業(yè)強(qiáng)制性使用JB T4730 2005標(biāo)準(zhǔn) 包括五大常規(guī)檢測(cè)方法 同時(shí)包括鍋爐 壓力容器和壓力管道等承壓設(shè)備 材料檢驗(yàn) 化學(xué)成份 金相檢驗(yàn) 硬度 鐵素體含量檢驗(yàn) 晶間腐蝕試驗(yàn) 能譜試驗(yàn) 光譜試驗(yàn) 裂紋斷口取樣等 強(qiáng)度校核 GB150 JB4732標(biāo)準(zhǔn)等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 2020 3 15 46 檢驗(yàn)方案 缺陷評(píng)定和安全狀況 70年代 合肥通用所等單位率先將斷裂力學(xué)用于在用壓力容器缺陷評(píng)估與壽命預(yù)測(cè) 并編制我國(guó)第一部壓力容器缺陷評(píng)定規(guī)范CVDA 84 建立在以D M模型和寬板試驗(yàn)為基礎(chǔ)的COD設(shè)計(jì)曲線基礎(chǔ)之上 七五 攻關(guān)期間 對(duì)含凹坑 氣孔 夾渣等體積型缺陷的壓力容器安全性進(jìn)行了重點(diǎn)研究 八五 攻關(guān)期間 在J積分失效評(píng)定曲線和通用失效評(píng)定曲線為基礎(chǔ)的斷裂評(píng)定方法研究方面 體積型缺陷極限載荷與安定性分析評(píng)估技術(shù)研究方面 接管高應(yīng)變區(qū)缺陷安全評(píng)估方法及綜合安全狀況等級(jí)評(píng)定研究等方面取得重大突破 編制GB T19624 04 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定 在 九五 攻關(guān)中 開(kāi)展 在用重要壓力容器壽命預(yù)測(cè)技術(shù)研究 課題 重點(diǎn)考慮介質(zhì)環(huán)境對(duì)壓力容器安全性的影響 缺陷處理 水壓試驗(yàn) 耐壓試驗(yàn)是利用水或其他的加壓介質(zhì) 采用比設(shè)計(jì)壓力還要高的試驗(yàn)壓力對(duì)壓力容器的焊縫 接管和母材進(jìn)行一次綜合性的評(píng)價(jià) 以驗(yàn)證其整體強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求 氣密性試驗(yàn) 安全附件檢驗(yàn) 檢驗(yàn)單位校驗(yàn)或是用戶自行處理 安全狀況等級(jí)和檢驗(yàn)周期的確定 容檢規(guī)和管檢規(guī) 2020 3 15 47 低溫乙烯球罐在用檢驗(yàn) 20世紀(jì)80年代以前 中國(guó)高參數(shù)的大型球罐用高強(qiáng)鋼全部依靠進(jìn)口 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展的要求 80年代初期中國(guó)武漢鋼鐵公司組織有關(guān)單位研制出 s 490Mpa b 610MPa的低碳微合金 低焊接裂紋敏感性的高強(qiáng)度07MnCrMoVR系列鋼 類(lèi)似日本的CF 62鋼 目前在中國(guó)國(guó)內(nèi) 07MnCrMoVR系列鋼制球罐的總數(shù)超過(guò)100臺(tái) 最低設(shè)計(jì)溫度達(dá) 40 其中進(jìn)行焊后整體熱處理和未進(jìn)行焊后整體熱處理的大約各占一半 大慶石化公司1500M3乙烯球罐是國(guó)內(nèi)首次采用國(guó)產(chǎn)07MnNiCrMoVDR制造的低溫球罐 屬 八五 國(guó)家重大技術(shù)裝備科技攻關(guān)項(xiàng)目 主要技術(shù)參數(shù)如下 設(shè)計(jì)壓力 2 254Mpa 設(shè)計(jì)溫度 30 50 規(guī)格 S 14400 44mm 該球罐95年投產(chǎn) 96 98 2001年1進(jìn)行三次開(kāi)罐檢驗(yàn) 2020 3 15 48 低溫乙烯球罐在用檢驗(yàn) 2001年10月乙烯球罐開(kāi)車(chē)時(shí) 由于乙烯氣體不慎帶液 導(dǎo)致氣溫急劇下降至 70 此時(shí)球罐壓力在0 6Mpa左右 采用降壓措施后 溫度繼續(xù)下降至 103 該過(guò)程前后長(zhǎng)達(dá)18個(gè)小時(shí) 后經(jīng)大慶石化檢驗(yàn)站100 的內(nèi)壁熒光磁粉檢測(cè)和100 UT 發(fā)現(xiàn)48處表面裂紋 采樣管角焊縫發(fā)現(xiàn)70mm和50mm兩處表面裂紋 廠方委托合肥通用所進(jìn)行復(fù)驗(yàn)處理 接管角焊縫以及裂紋附近焊縫 熱影響區(qū) 極板母材硬度正常 裂紋以穿晶為主 局部有沿晶特征 裂紋附近金相組織正常 采樣管角焊縫發(fā)現(xiàn)一圈斷續(xù)表面裂紋 打磨消除 最大深度為3mm 超聲發(fā)現(xiàn)整圈斷續(xù)未焊透和夾渣 最大長(zhǎng)度30mm 自身高度為8mm 為了分析低溫沖擊對(duì)球罐安全性的影響 我們選用與該球罐同厚度 同材質(zhì)的鋼板進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn) 分析研究表面裂紋消除后形成50 3mm的凹坑以及取樣管角焊縫整圈斷續(xù)未焊透和夾渣對(duì)球罐安全性的影響 通過(guò)以上幾方面的工作得出以下結(jié)論 1 07MnNiCrMoVDR鋼及焊接接頭經(jīng)歷10小時(shí)低溫處理后 其常溫力學(xué)性能 拉伸 沖擊 和低溫 40 沖擊韌性未發(fā)生明顯變化 線切割缺陷試樣常溫下在相當(dāng)于許用應(yīng)力的載荷條件下 缺陷尖端無(wú)擴(kuò)展跡象 2 取樣管角焊縫表面裂紋打磨消除后的凹坑不影響球罐安全使用 3 球罐取樣管角焊縫的斷續(xù)未焊透缺陷經(jīng)安全分析后 可以保留 4 建議使用半年后 對(duì)球罐進(jìn)行全面檢驗(yàn) 1500M3乙烯球罐已于2001年11月投入正常運(yùn)轉(zhuǎn) 目前使用狀況良好 2020 3 15 49 蘭化化肥廠液氨儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè) 該儲(chǔ)罐由蘭州石油化工設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì) 1997年7月投用 屬內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu) 直徑 內(nèi)槽20900mm 外槽22120mm 材質(zhì) 內(nèi)槽09MnNbDR 外槽Q235A 底板為搭接拼焊 壁板為對(duì)接焊 壁厚 內(nèi)槽底板中幅板8mm 邊緣板12mm 壁板7 8 8 10 10 12 12 14 15mm 外槽6mm 高度25267mm 容積7386m3 內(nèi)槽 設(shè)計(jì)壓力 1000 150mmH2O 操作壓力300 700mmH2O 設(shè)計(jì)溫度 40 操作溫度 37 物料液氨 外槽 常壓 常溫 60mm厚中堿超細(xì)玻璃棉氈 松散硃光砂 氮?dú)?受中石油委托 合肥通用所壓力容器檢驗(yàn)站于2003年8月對(duì)該儲(chǔ)罐進(jìn)行在線聲發(fā)射檢測(cè) 1 檢測(cè)依據(jù) GB T18182 2000金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法 美國(guó)PAC公司相關(guān)定位系統(tǒng)軟件2 檢測(cè)儀器 美國(guó)PACDISP56全數(shù)字式32通道聲發(fā)射系統(tǒng) 定位系統(tǒng) 專(zhuān)用罐底板定位軟件 傳感器 低頻專(zhuān)用傳感器 聲傳輸方式 傳感器安裝在波導(dǎo)桿 600mm長(zhǎng) 上 3 靈敏度標(biāo)定 首先使用儀器本身AST功能進(jìn)行標(biāo)定 確定檢測(cè)陣列各通道安裝 耦合是否正常 采集的數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)文件名 AST01 采用鉛筆芯模擬源進(jìn)行標(biāo)定 確定各通道對(duì)模擬源的響應(yīng)幅度在正常范圍內(nèi) 3dB 采用人工模擬源標(biāo)定 確定陣列內(nèi)定位精度 4 結(jié)論該氨儲(chǔ)罐經(jīng)在線聲發(fā)射檢測(cè) 未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重聲發(fā)射信號(hào)源 可以在原設(shè)計(jì)條件下使用 下次檢驗(yàn)日期2009年8月 2020 3 15 50 蘭化化肥廠液氨儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè) 圖1 氨儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)與傳感器布置 圖4 聲發(fā)射檢測(cè) 數(shù)據(jù)01 定位圖 2020 3 15 51 九江石化液氨儲(chǔ)罐在用檢驗(yàn) 九江石化公司化肥廠雙層液氨儲(chǔ)罐 1996年由原化工部第三建設(shè)公司安裝 該設(shè)備主要技術(shù)參數(shù) V 7386M3 壁厚為6 5 7 1 8 0 8 9 9 8 10 8 12 12 7 內(nèi)壁材質(zhì)為A537CL1 b 485MPa s 345MPa 正火處理 C 0 24 Si 0 15 0 50 S 0 035 P 0 035 Mn 0 70 1 35 外壁材質(zhì)為Q 235A 設(shè)計(jì)溫度為 40 使用溫度為 37 夾層內(nèi)為珠光沙 內(nèi)直徑為20900mm 2003年進(jìn)行開(kāi)罐檢驗(yàn) 內(nèi)壁架設(shè)滿堂紅架 內(nèi)壁焊縫采用熒光磁粉檢測(cè) 內(nèi)壁焊縫采用超聲波檢測(cè) 測(cè)厚 宏觀檢查 滲透檢測(cè) 硬度檢測(cè) 母材HB120 170 焊縫HB180 190 熱影響區(qū)HB19