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    1. 細說壓力容器焊后熱處理

      發布者: 發布時間:2018/3/15 14:40:37 閱讀:次 【字體:

        壓力容器在生產制造過程中,由于頻繁的冷、熱卷,使工件內部不斷受到拉力和壓力,造成應力不均和應力集中,并且在焊接時引起焊縫區組織和性能的變化,致使工件焊縫區有殘余應力的產生。部分壓力容器在毛坯鍛造時,有氫進入鋼體,當氫逐漸溶解在金屬中后,會使鋼的強度和塑性明顯降低,使工件產生氫脆的現象,要消除工件中的氫,通常采用的方法就是焊后熱處理。

        生產實際中容易出現的問題

        壓力容器在制造過程中,將帶來以下問題:

        1、由于過量的冷卷、冷矯形等冷加工引起的冷作硬化。

        2、由于焊接引起的焊縫區組織和性能的變化。

        3、由于焊接產生殘余應力以及由此而導致的應力腐蝕裂紋的產生和發展。

        壓力容器焊接時,當母材相鄰區域產生一溫差大于100度的急劇溫度梯度時,在鐵素體鋼或相當的其他材料中引起不均勻的塑性應變,而在隨后的冷卻過程中,將產生一個峰值應力達到屈服點的殘余應力場。

        另外,由于壓力容器制造中的不均勻塑性應變導致在彈性、塑性材料中產生殘余應變,而殘余應變可以是來自機械的(主要是冷卷、冷矯形等冷加工),熱力的(主要是焊接過程產生的),或者兩者兼有的原因。

        因此,在壓力容器加工完成的最終產品中將留下殘余彈性應變場,并承受相應的彈性殘余應力。殘余應力的存在,將影響壓力容器的使用性能。為了消除焊接區峰值應變,達到內應變均勻分布這一目的,可以采取多種方法,如機械振動法、焊后加熱法等。然而,由于壓力容器中許多潛在的問題主要來自焊縫區的冶金損傷,所以機械方法以降低內應變的手段已經不足以預防日后運行過程中可能出現的諸多問題。另外,金屬的氫脆現象已經比較為人們所關注。氫進入鋼以后,機械性能會發生明顯的變壞。強度和塑性明顯降低,溶解于金屬晶格中的氫,使鋼在緩慢變形時發生脆性破壞。金屬材料中的氫可以是在金屬材料生產工藝過程中吸收的,如金屬在焊接時液態金屬吸收的氫保留在焊縫中,也可能是材料在氫環境中服役吸收的氫。對于焊縫中吸收的氫,比較有效的消除方法就是進行焊后熱處理,它既可以達到松弛和緩和焊接殘余應力,改善因焊接而被硬化及脆化的焊接熱影響區,提高焊縫金屬的延性和斷裂韌性,也可以使焊接區及附近的氫等有害氣體擴散逸出。

        熱處理方法

        焊后熱處理(消除應力熱處理):廣義地說,焊后熱處理就是在工件焊完之后對焊接區域或焊接構件進行的熱處理。其內容包括消除應力退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、回火、低溫消除應力、析出熱處理等。狹義地說,焊后熱處理僅指消除應力退火,即為了改善焊接區的性能和消除焊接殘余應力等有害影響,從而對焊接區及有關部位在金屬相變溫度點以下均勻而有充分地加熱,然后又均勻冷卻的過程。許多情況下所討論的焊后熱處理實質上就是焊后消除應力熱處理。

        改善材料性能熱處理:需要通過熱處理來達到材料的設計強度、韌性指標的,如螺栓材料35CrMoA,原材料為熱軋狀態,圖樣要求使用狀態為調質,調質處理提高了材料的性能。

        恢復材料性能熱處理:制造中因冷加工成形使材料發生較大變形或組織發生較大變化而影響材料微觀組織和力學性能時,或當要求材料的使用熱處理狀態與供貨狀態一致,但在制造過程中破壞了材料的供貨熱處理狀態時,應對受壓元件進行恢復材料性能熱處理。

        焊后消氫處理:是指在焊接完成以后,焊縫尚未冷卻至100℃以下時,進行的低溫熱處理。一般規范為加熱到200~350℃,保溫2-6小時。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區中氫的逸出,對于防止低合金鋼焊接時產生焊接裂紋的效果極為顯著。

        熱處理的目的

        1. 松弛焊接參與應力。

        2. 穩定結構的形狀和尺寸,減少畸變。

        3. 改善母材、焊接區的性能,包括提高焊縫金屬的塑性、降低熱影響區硬度、提高斷裂韌性、改善疲勞強度、恢復或提高冷成型中降低的屈服強度。

        4. 提高抗應力腐蝕的能力。

        5. 進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體,尤其是氫,防止延遲裂紋的發生。

        熱處理并非絕對有利

        焊后熱處理并非是絕對有利的。一般情況下,焊后熱處理有利于緩和殘余應力,并對應力腐蝕有嚴格要求的情況下才進行。但是,試件的沖擊韌性試驗表明,焊后熱處理對熔敷金屬和焊接熱影響區的韌性提高不利,有時在焊接熱影響區的晶粒粗化范圍內還可能發生晶間開裂。另外,焊后熱處理是依靠在高溫下材料強度的降低消除應力的,因此,在焊后熱處理時,結構有可能失去剛性,對于采取整體或局部焊后熱處理的結構,熱處理前,必須考慮焊件在高溫下的支承能力。所以,在考慮是否進行焊后熱處理時,應將熱處理的有利和不利兩個方面綜合比較。從結構性能上來看,有使性能提高的一面,也有使性能降低的一面,應在綜合考慮兩方面的基礎工作上做出合理的判斷。

        專業解讀|熱處理過的紅寶石到底能不能買?

        很多人一聽到熱處理過的紅寶石就心生恐懼,生怕被被坑。那么到底熱處理過的紅寶石能不能買呢?今天就來深入了解一下。

        為何紅寶石要熱處理?

        紅寶石的產地很少,部分礦源更是接近枯竭,還有一種說法叫作“十寶九裂”,意思就是大多數紅寶石都有裂隙,瑕疵等,特別純凈,完美的紅寶石是非常少見的。但那些不完美的紅寶石又棄之可惜,加上市場對色澤漂亮的紅寶石的需求量很大。如果所有紅寶石都不經過加工,那么高品質的紅寶石就將只被富豪階級把控。由此,衍生了很多紅寶石的加工方法。

        熱處理這種加工方法早在中世紀時就出現于中世紀阿拉伯和歐洲文藝復興的文獻中,從原始的野外燒烤模式到進爐子燒,再到現代化實驗室里精確的控溫控壓。這種歷史悠久的處理方法將寶石內部的化學成分重新組合,使紅寶石煥發出大自然沒能給予它的生動色彩。

        熱處理是不是處理?

        對于寶石而言,處理和優化是完全不同的概念,經過處理的寶石一般價值很低,但優化的意思是:寶石經過這類手段處理以后,其外觀獲得了改善,且這種改善穩定而持久。而且寶石優化中,是無外來物質加入或加入被廣泛接受的物質到寶石中,所以寶石的優化是被市場接受的。

        對于紅寶石的熱處理而言,不能一概認為它是處理手段。最初,紅寶石的人處理只是單純地模擬寶石形成的物理環境,通過加熱改善寶石的顏色和凈度,后來人們才有意識地加入一些化學物質去改善寶石的品質。所以國標規定,單純的物理加熱屬于優化手段,是市場普遍接受的,而加入化學手段的熱處理,才被劃分到處理,屬于擴散/充填處理,不被大多數人所接受。

        熱處理在證書中如何規定?

        那么在證書中,紅寶石的熱處理又是如何表示的呢?紅寶石的熱處理在普通國檢證書(NGTC,GIC)上是不會顯示的,只有在在國際證書上才會予以標示。(如下圖中GRS的證書就在comment一欄用H表示紅寶石經過加熱)

        熱處理可以分為“老燒”和“新燒”兩種。

        “老燒”在國籍證書上直接標示為H(Heated) 代表熱處理無殘留物,視為永久性處理,只經過簡單熱處理,而沒有被注色。

        “新燒”又分為以下幾種:

        H(a)熱處理微量殘留物(愈合裂隙有硼砂等殘留物)小范圍注色,性質比較穩定。

        H(b)熱處理少量殘留物(愈合裂隙有硼砂等殘留物)內部大量注色,性質不太穩定。

        H(c)代表熱處理中量殘留物(裂縫或洞痕愈合處有硼砂或玻璃狀物質等殘留物)內全部注色,性質極不穩定。

        H(d)代表熱處理明顯殘留物(裂縫或洞痕愈合處有硼砂或玻璃狀物質等殘留物)。

        H(Be)代表以輕微元素進行之熱處理,鈹擴散處理。

        E(IM)代表包括鈹元素等輕微元素之擴散式熱處理,誘發形成色域及顏色中心(此法和傳統表層熱擴散處理不同),視為永久性處理,重新切磨需特別注意顏色區域分部。

        簡而言之,“老燒”就是大家所說的傳統加熱,加熱后的紅寶石性質穩定,不會褪色。但對于“新燒”而言,只有H(a)的紅寶石性質比較穩定。所以大家應當盡量避免買到“新燒”貨。

        熱處理可以達到怎樣的效果?

        1、紅寶石紫色調和藍色調的消除:改變引起紅寶石藍紫色調的雜質,寶石中的含量和賦存狀態,讓這些雜質不呈現顏色。

        2、星光和絲狀包裹體的消除,析出和再造:熱處理能使寶石中不討喜的包裹體溶解,使紅寶石看起來更加純凈。對含鈦元素較多的紅寶石進行加熱,可以燒出具有星光效應的紅寶石。

        熱處理對紅寶石價格的影響

        對于紅寶石而言,3ct以上的高品質紅寶石一般都具有收藏價值,1ct,2ct的鴿血紅,高凈度的尤其是緬甸和莫桑比克紅寶石也有收藏價值。對于3ct以上的紅寶石而言,有無加熱對紅寶石價格影響較大。對于普通消費級別的紅寶石來說,加熱對紅寶石影響不大。

        所以對于普通消費者而言,完全可以放心購買經過普通加熱處理的紅寶石。

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