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1、1 压力试验和压力容器热处理 2007年7月 武汉工程大学化工设备设计研究所 2 本次课程主要内容 1 压力试验的必要性与目的2 压力试验要求3 热处理的分类4 焊接应力产生原因 处理方法等 3 压力试验 耐压试验 强度试验 的必要性与目的 内压容器的压力试验考验容器的宏观强度 检验焊接接头的致密性及密封结构的密封性能 整体强度和密封性能 外压容器的压力试验考验检验焊接接头的致密性及密封结构的密封性能 而不是考验容器的外压稳定性 4 压力试验的危险性取决的因素 压力 P 与体积 V 的乘积 值越大 容器内积聚的势能越大 一旦发生事故的破坏力越大 材料特性 试验时是否会发生脆断 金属碎片飞出 试
2、验介质的状态采用液压介质还是气态介质 5 对于奥氏体不锈钢容器 若由于结构原因而不能将水渍去除干净时 为了防止氯离子的腐蚀 则应控制水中的氯离子含量不超过25mg L 避免应力腐蚀 液压试验 1 对试验介质的要求 为了避免试验时发生危险的低温脆性破坏 对于碳素钢 16MnR和正火15MnVR制压力容器 液体温度不得低于5 其它低合金钢制压力容器 液体温度不得低于15 液压试验一般采用洁净的水 必要时也可以采用不会导致发生危险的其它液体 试验时液体的温度应低于其闪点和沸点 6 液压试验 2 内压容器的试验压力 压力试验前的应力校核 直立容器在卧置状态下进行液压试验时 试验压力应为立置时的试验压力
3、加液柱静压力 若容器各元件材料不同是 取小值 7 液压试验 3 对压力表的要求 要求准确测量压力 至少采用两个量程相同且经过校验的压力表 压力表应安装在容器顶部 压力表量程选用2倍试验压力 但不低于1 5倍试验压力 不高于3倍试验压力精度不低于1 5级 8 4 液压试验方法 排气 缓慢升压 保压 检查 排液吹干 排气接管不能采用内伸式 渗漏 异常变形 声响 使其有充分变形时间 9 4 液压试验方法 在进行液压试验时 容器顶部应设排气口 充液时应将容器内的空气排净 试验过程中应保持容器观察表面的干燥 当压力容器壁温与液体温度接近时 才能缓慢升压至设计压力 确认无泄漏后继续升压到规定的试验压力 保
4、压30分钟 然后将压力降至规定试验压力的80 并保持足够长的时间以对所有焊缝和连接部位进行检查 如有渗漏 应修补之后重新试验 试验完毕后 应将液体排净并用压缩空气将容器内部吹干 10 5 夹套容器的压力试验 1 先做内筒后做夹套 夹套进行水压试验时 内筒先进行稳定性校核不满足要求 应使内筒同时保持一定压力 11 因结构原因液压试验后难以将残液吹干排净 而又不允许残存任何液体 如毒化触媒或导致产品品质劣化 气压试验 1 什么情况下进行气压试验 容器充满液体介质时 会因为自重导致容器本身或基础破坏 这主要指直径大 压力低且充满气态介质的容器 12 液压试验 1 对试验介质的要求 对于碳素钢 低合金
5、钢制压力容器 气体温度不得低于15 干燥洁净的空气 氮气或其他惰性气体 2 对试验介质的温度要求 13 气压试验 内压容器的气压试验压力 压力试验前的应力校核 对于碳素钢和低合金钢制压力容器 其试验用气体的温度应不低于15 并且必须有可靠的安全保护措施 14 气压试验方法 在进行气压试验时 压力应缓慢上升至规定试验压力的10 保压5 10分钟 然后对所有焊缝和连接部位进行初次泄漏检查 如无泄漏 再继续缓慢升压至规定试验压力的50 如无异常现象 其后按规定试验压力的10 的级差逐级增压至规定的试验压力 保压30分钟 然后降至规定试验压力的87 保持足够时间再次进行泄漏检查 如有泄漏 应修补后再按
6、上述规定重新试验 气压试验过程中 压力容器无异常响声 经肥皂液或其它检漏液检查无漏气 无可见的变形即为合格 15 对于碳素钢和低合金钢制压力容器 其试验用气体的温度应不低于5 并且必须有可靠的安全保护措施 气密性试验 1 什么情况下进行气密性试验 气密性试验必须在容器经液压试验合格后方可进行 当介质的毒性程度为极度 高度危害或设计不允许有微量泄漏的压力容器 必须进行气密性试验 对设计图样要求做气压试验的压力容器 是否需再做气密性试验 应在设计图样上规定 16 致密性试验 压力容器气密性试验的压力为设计压力的1 05倍 压力容器安全技术监察规程 规定为1 0倍的设计压力 1 气密性试验试验压力
7、2 气密性试验试验介质 空气在待检部位刷肥皂水或其他鼓泡剂此方法简便易行可判断泄漏位置 17 致密性试验 2 气密性试验试验介质 氨具有较强的渗透能力且极易在水中扩散被水吸收氨渗漏氨 空气1 体积空气氨 氮气100 氨气氦气 18 致密性试验 3 气密性试验保压时间及合格判断 经检查无泄漏 保压不少于30分钟即为合格 煤油渗漏试验仅要求焊缝在能够检查的一面清理干净 涂以白粉浆 晾干后在焊缝另一侧涂以煤油 使表面得到足够的浸润 经半小时后白粉上没有油渍为合格 19 对于碳素钢和低合金钢制压力容器 其试验用气体的温度应不低于5 并且必须有可靠的安全保护措施 致密性试验 1 什么情况下进行气密性试验
8、 气密性试验必须在容器经液压试验合格后方可进行 当介质的毒性程度为极度 高度危害或设计不允许有微量泄漏的压力容器 必须进行气密性试验 对设计图样要求做气压试验的压力容器 是否需再做气密性试验 应在设计图样上规定 20 压力容器制造 热处理 根据不同目的将材料及其制件加热到规定温度 保温 随后以不同的方法冷却 改变其金相组织以获得所要求的性能 1 热处理 2 分类 焊后热处理恢复力学性能热处理改善力学性能热处理消氢处理 21 焊后热处理 焊后能改变焊接接头的组织和性能 或降低焊接残余应力的热过程 1 目的 将焊接接头及其临近局部在金属相变点Ac1以下均匀加热到足够高的温度 并保持一定时间 然后缓
9、慢冷却的过程 消除应力退火 消除应力热处理 炉内冷却 松弛焊接残余应力 软化淬硬区 改变组织形态 减少含氢量 22 焊接应力的产生原因 特点及危害 母材 焊缝金属 焊缝区与周边部位变形不协调产生的 焊缝区与其母材间存在较高温度梯度 23 焊接应力的产生原因 特点及危害 焊缝区与周边部位变形不协调产生的 焊接应力的产生原因 焊接属于快速加热至高温后又快速冷却的过程 焊缝区与其母材间存在较高温度梯度 高温金属的热膨胀受构件刚性及其周围冷态金属的约束 产生热应力 冷却时 焊缝金属受周围冷态金属的约束而无法自由收缩 从而形成残余应力 24 焊后热处理 焊后能改变焊接接头的组织和性能 或降低焊接残余应力
10、的热过程 1 目的 将焊接接头及其临近局部在金属相变点Ac1以下均匀加热到足够高的温度 并保持一定时间 然后缓慢冷却的过程 消除应力退火 消除应力热处理 炉内冷却 松弛焊接残余应力 软化淬硬区 改变组织形态 减少含氢量 25 焊接应力的特点 焊接应力的量值高 达到材料屈服极限一直存在具有自限性远小于一次应力内应力 难以测量 26 焊接应力的危害 会产生应力腐蚀 两个条件 有一定应力 腐蚀环境 机械设备零件在应力 拉应力 和腐蚀介质的联合作用下 将出现低于材料强度极限的脆性断裂现象 导致设备零件失效 这种现象称为应力腐蚀 27 焊接应力的危害 会产生应力腐蚀 两个条件 有一定应力 腐蚀环境 机械
11、设备零件在应力 拉应力 和腐蚀介质的联合作用下 将出现低于材料强度极限的脆性断裂现象 导致设备零件失效 这种现象称为应力腐蚀 28 焊接应力的危害 会产生应力腐蚀产生应力腐蚀开裂 两个条件 有一定应力 腐蚀环境 机械设备零件在应力 拉应力 和腐蚀介质的联合作用下 将出现低于材料强度极限的脆性断裂现象 导致设备零件失效 这种现象称为应力腐蚀 29 焊后热处理的三个通用条件 材质 钢材强度级别越高及合金含量越高 焊接性越差 易产生焊接缺陷 可减缓焊接部位于其他部位的温度梯赌 能减缓高峰值应力的产生 钢材厚度 预热温度 钢材越厚意味焊缝越深 焊后冷却收缩性倾向越强 且刚性增大 抵抗局部收缩变形能力越
12、强 从而产生较大焊接残余应力 30 焊后热处理的方法 炉内整体热处理 受热均匀 温升及降速易于控制 效果好 分段炉内热处理 局部热处理 现场热处理 工件长 受加热炉尺寸限制 只有采用分段热处理确定工件重复加热的长度 小于1500mm 工件裸露在炉外部分的保温措施 31 焊后热处理的方法 红外线高温陶瓷电加热器易弯曲 折叠适用于焊后热处理 焊前预热及消氢处理有足够功率和准确温控系统 足够加热宽度以及适宜保温措施 局部热处理 现场热处理 整体炉外热处理 现场组焊设备将压力容器的壳体作为高温加热炉的炉体 在壳体内加热 壳体外用绝热材料保温 32 满足下列条件 需进行焊后热处理 碳素钢 15MnNbR
13、 07MnCrMoVR厚度大于32mm 如焊前预热温度100 厚度大于38mm 16MnR及16Mn厚度大于30mm 如焊前预热温度100 厚度大于34mm 15MnVR及15MnV厚度大于28mm 如焊前预热温度100 厚度大于32mm 任意厚度18MnMoNbR15CrMo12Cr1MoV钢等 33 焊后热处理的特殊条件 介质有应力腐蚀的容器 如盛装液化石油气液氨等的容器 GB150 液氨16MnR有应力腐蚀倾向水作为缓蚀剂20R Q235 C无应力腐蚀倾向 具体分析 预热温度 盛装纯净的液化石油气是不会产生应力腐蚀 液化石油气中含H2S含水量有关系 34 焊后热处理的特殊条件 对于图样注
14、明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器应进行焊后热处理 奥氏体不锈钢不需要进行焊后热处理 35 焊后热处理的工艺与操作 条件允许可以加快升温速度 尽快越过再热裂纹敏感区 以防止再热裂纹 对于导热性差的焊件可采用较低的升稳速度 温度越高消除应力效果越好 但温度高低因钢材而异 保温时间 保温温度 以保证焊件沿厚度方向均匀热透 升温速度 冷却速度 对构件复杂 厚度相差很大焊件应放慢降温速度 36 恢复材料力学性能热处理 金属材料内部晶粒产生滑移后 在滑移面上的晶格发生扭曲和畸变 使晶粒被拉长 破碎及纤维化 因 而金属材料的强度硬度升高而朔性 韧性下降 上述现象称为加工硬化 金属材料在冷态朔性变形时 会
15、产生加工硬化 加工硬化的原因及危害 37 恢复材料力学性能热处理条件 1 碳素钢 16MnR厚度不小于圆筒内径Di的3 冷成型和中温成型的受压圆筒符合下列条件之一 成型后应进行热处理 2 其他低合金钢厚度不小于圆筒内径Di的2 5 38 恢复材料力学性能热处理 热处理目的 恢复因加工硬化而降低朔性 韧性保证压力容器质量与安全 以朔性 韧性的下降与相对变形量以及钢材种类有关作为标准划分是否进行热处理 加工硬化程度越严重 以朔性韧性指标下降越严重 39 恢复材料力学性能热处理 1 碳素钢 16MnR厚度不小于圆筒内径Di的3 冷成型和中温成型的受压圆筒符合下列条件之一 成型后应进行热处理 2 其他
16、低合金钢厚度不小于圆筒内径Di的2 5 冷成型封头 奥氏体不锈钢除外 应成型后应进行消除应力热处理 容规 强度低 朔性韧性储备量大 40 恢复材料力学性能热处理 冷成型封头 奥氏体不锈钢除外 应成型后应进行消除应力热处理 容规 足够韧性储备量大 封头成型变形量员大于筒体 消除应力退火 41 消氢处理 脆性破坏外观容器无任何可见变形 其破坏不仅具有突然性 而且在低应力水平 其危害很大 氢进入金属后对金属的力学性能造成严重损伤溶解于金属晶格的氢使塑性 韧性明显降低甚至产生裂纹 延迟裂纹 导致脆性破坏 42 消氢处理 制造加工工艺过程中焊接时金属氢溶入液态金属中 冷却后氢保留在焊缝中 材料长期在高氢环境下使用 氢被金属吸收 焊接时氢有可能来自焊接材料吸附的水分 氢怎样进入金属的 43 消氢处理条件 凡标准抗拉强度下限Cr Mo低合金钢及有延迟裂纹倾向的钢材焊制的容器和受压元件 如焊后24小时内不能进行热处理的 须考虑消氢处理 材料 厚度 焊接和制造工艺有关 44 改善力学性能热处理 当材料在加工过程中热处理状态与供货状态不一致的情况下调质状态下钢板 采用热成形其加热温度超过原回火温度 破坏了
