“監(jiān)規(guī)”中有關冷熱加工、焊接質量控制內容的摘錄
《TSG R7004-2013 壓力容器監(jiān)督檢驗規(guī)則》的“釋義與范例”里有些關于制造質量控制的內容還是比較經典的,值得一看,有助于設計人員拓展知識面。
不過,TSG R7004 現已被TSG 21-2016合并。
加工工藝對材料性能的影響
根據卷板機加工能力、鋼材料強度、厚度及筒節(jié)直徑大小,筒節(jié)的卷制有冷卷、熱卷兩種工藝。
冷卷具有形狀與尺寸準確、操作方便、成本低、鋼板表面質量不受損傷(無氧化皮、壓痕)、不會引起鋼板的厚度減薄等優(yōu)點;但冷卷會因冷作硬化而使材料強度升高,塑性、韌性降低,對于變形量大的筒節(jié)應在成形后,進行恢復材料性能的熱處理(GB/T 150.4 8.1.1)。只要條件允許應當優(yōu)先選擇冷卷,“監(jiān)檢規(guī)”要求監(jiān)檢員關注這個恢復材料性能熱處理(是否進行及其工藝)。
熱卷在卷制時需要加熱至鍛造溫度,使鋼板具有較好的塑性,易于卷制;但加熱增加了制造成本,高溫卷制不易損傷,氧化嚴重,氧化皮壓痕會使表面質量受損,熱卷將導致鋼板厚度減薄且其減薄量受制造單位工裝、工藝水平而異。
另外,熱卷有可能會引起材料熱處理狀態(tài)的改變而使材料性能劣化,例如正火+回火供貨的鋼材在熱成形(溫度在回火溫度以上)時,改變了材料的熱處理狀態(tài),則必須在熱卷后重新熱處理使得與材料出廠熱處理狀態(tài)一致?!氨O(jiān)檢規(guī)”要求監(jiān)檢員關注這個加工減薄量、熱處理(是否進行及其工藝)。
介于冷卷和熱卷之間,還有種叫溫卷的,它力求避免冷卷、熱卷的缺點,將鋼板加熱至500~600℃后卷制,可使鋼板獲得比冷態(tài)稍大的塑性,又可避免鋼板表面的嚴重氧化。
更多的關于冷熱加工的內容,可參考:崔忠圻. 金屬學與熱處理. 第2版. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2007 第7章第5節(jié)的內容。
特殊材料的焊接質量控制
Rm≥540MPa的低合鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼、設計溫度-40℃以下的低合金鋼板等,在焊接時容易產生缺陷或焊接接頭性能不達標,應嚴格執(zhí)行焊接工藝。
Rm≥540MPa的低合鋼,合金元素較多,碳當量相對較高,焊接時容易形成淬硬組織,易產生焊接冷裂紋。低合金高強鋼應針對材料的焊縫性能選擇適當的線能量,線能量過小,熱影響區(qū)會出現馬氏體,產生裂紋;線能量過大,焊縫和熱影響區(qū)晶粒粗大會使焊接接頭脆化。并且在選擇焊材時應注意焊材的氫含量(以減少焊縫中的擴散氫)??偟膩碚f,低合金鋼強高焊接時應嚴格控制焊接線能量,注重焊條烘干、保存,及坡口清理,嚴格焊前預熱、后熱等(避免急熱、急冷)。
有關焊接裂紋、焊接工藝參數制定可參考我們之前的文章《文摘丨Cr-Mo鋼容器制造工藝分析》。
與奧氏體不銹鋼相比,雙相鋼具有良好的抗點蝕、縫隙腐蝕及晶間腐蝕能力。
有關雙相鋼的內容,我們之前也討論過,見《雙相鋼的耐晶間腐蝕性能(一)》,《雙相鋼的耐晶間腐蝕性能(二)》,《元素成分對雙相鋼2205性能的影響》。
雙相鋼在焊接時,應控制焊縫尤其是熱影響區(qū)奧氏體、鐵素體兩相組織的比例,這也是決定焊接接頭性能的關鍵??刹捎眯‰娏?、多道焊,快速焊接、減小輸入線能量可以減小熱影響區(qū)的范圍;而多道焊,可利用上層焊縫對下層焊縫的熱影響區(qū)進行一次“熱處理”,促進熱影響區(qū)二次奧氏體組織的進一步析出,保證鐵素體向奧氏體的轉變趨于平衡,但應嚴格控制多道焊的層間溫度。
設計溫度-40℃以下的用鋼,主要是GB 3531中的16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR等。鋼板在低溫下使用具有冷脆性。衡量低溫鋼性能的主要指標是低溫韌性,即低溫下的沖擊韌性和脆性轉變溫度,鋼的低溫沖擊韌性越高,脆性轉變溫度越低,則該鋼低溫韌性越好,因此低溫鋼焊接的重點是保證焊縫及熱影響區(qū)獲得足夠的低溫沖擊韌性。GB/T 150.4 7.2.5專門規(guī)定:低溫容器
的焊接應嚴格控制線能量,在焊接工藝評定所確認的范圍內,選用較小的焊接線能量,以多道施焊為宜。
相關研究表明,16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR焊接冷裂紋敏感性低,焊接性能良好。為得到焊接接頭良好的低溫沖擊韌性,實際焊接過程要注意焊材的烘干、保存及坡口清理,采用小電流、多道多層焊和快速多道焊,利用多層焊的重復加熱作用細化晶粒,嚴格控制層間溫度,避免咬邊和弧坑等缺陷。
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