Металловедение стенки нефтяного аппарата

Нагрев в печах стали при операциях термической обработки выполняют в среде защитного газа во избежание процессов окисления и обезуглероживания стали. Защитным газом является в основном природный газ. Различают эндотермическую атмосеру (частичное сжигание природного газа) для нормализации и закалки конструкционных сталей; экзотермическую атмосферу (с полным сжиганием природного газа) богатую для нормализации, закалки, отжига легированных конструкционных сталей и бедную для нагрева низкоуглеродистых конструкционных сталей; диссоциированный аммиак для нагрева нержавеющих сталей; нагрев в вакууме для нержавеющих, жаропрочных сталей [17].

Отпуск является операцией нагрева закаленной стали ниже точки Ас1 и последующей выдержке и охлаждении для получения заданных механических свойств стали. Напряжения интенсивно снижаются при выдержке в течении около 30 мин при 650°С, через 90 мин достигается минимальная величина напряжений. Медленное охлаждение не вызывает роста остаточных напряжений. Легированные стали во избежание обратимой отпускной хрупкости охлаждают быстро.

Высокий отпуск при 650°С позволяет получить наилучшее соотношение прочности и вязкости [17]. Структура стали после высокого отпуска является сорбитом. Высокий отпуск совместно с закалкой является процессом, называемым улучшением.

Средний отпуск при 350-500°С дает структуру троостита, применяется для штампов (HRC 40…50).

Низкий отпуск при 250°С применяется для мартенсита для повышения прочности и вязкости без снижения твердости. При этом такая структура не выдерживает длительных динамических нагрузок [17] (HRC 58…63).

Отклонение от режима термообработки для высоколегированных сталей типа 12Х18Н10Т, хроммолибденованадиевых типа 12Х1МФ, содержащими карбидообразующие элементы, возможны трещины в сварном шве и околосварной зоне, охрупчивание шва, разупрочнение зоны, остаточные напряжения.

Отмена термической обработки в полевых условиях

Отмена термической обработки в полевых условиях возможна для случаев сварки разнородных сталей, труднодоступных сварных швов, отсутствия наличия необходимого оборудования.

Для возможности отмены термической обработки в зоне сварного шва конструктивно снижают концентраторы напряжений, сварные швы выполняют с отсутствием конструктивных концентраторов напряжений. Для свариваемых в полевых условиях сталей закладывают специальные требования, например, для низкоуглеродистых сталей повышают хладостойкость, для низколегированных сталей в околошовной зоне не допускают закаленных участков, для теплоустойчивых сталей повышают длительную пластичность свариваемых зон [20].

В технических условиях на изделие должно быть указано о возможности выполнения сварки в полевых условиях без термической обработки.

Применяются конструктивные решения по удалению выполнения разнородных сварных швов в полевых условиях. Например, для приварки аппарата из стали 09Г2С к трубе КП65, на аппарате возможно предусмотреть переход из материала трубы. В этом случае термообработка разнородного сварного шва будет выполнена на заводе, а в полевых условиях разнородный шов не выполняется.

По данным [20] повреждения сварных швов происходят в зоне концентрации напряжений перехода от усиления шва к основному металлу для разнотолщинных элементов и угловых швов, в зоне шлаковых включения, трещинах и непроварах в корне шва. Для устранения этого вварку штуцеров в трубы необходимо выполнять многослойным швом с неравнобоким катетом с постепенным переходом к поверхности привариваемой трубы.

По теории оболочек в зоне резкой смены геометрии возникает краевая задача, в результате чего напряжения в этой зоне увеличены, поэтому необходимо обеспечивать плавную геометрию сопряжения элементов.

Конструкция стыкового шва:

Конструкция углового шва:

В зоне максимальных концентраций напряжений сварной шов лучше выполнять высоко пластичным металлом с целью увеличения сопротивляемости шва повреждениям.

Напряжения в сварных швах снижаются после проведения гидравлических испытаний, подогрева, применения разгрузочных канавок [20]

Оборудование термической обработки

Источниками питания для термической обработки сварных швов аппаратов являются трансформаторы, выпрямители, преобразователи постоянного тока, то есть фактически сварочное оборудование. Источники питания работают непрерывно в течении режима обработки и неравномерно работать при нагреве.

Для нагрева газовым пламенем используют сварочные горелки, кольцевые многопламенные горелки, трубчатые горелки с факельным нагревом, установки для полной термической обработки аппаратов. Обычная газовая горелка работает на ацетилена-кислородной смеси, получаемой из баллона или из труб с ацетиленом и кислородом (при их наличии). Регулирование состава пламени осуществляется вручную.

В оснастке используются материалы из проволоки с высоким сопротивлением, керамические нагревательные пластины, горючие газы, теплоизоляция.

__