آیا عملیات حرارتی برای کاهش کلی تنشها پس از جوشکاری، میتواند جایگزین عملیات حرارتی پس از فرمدهی سرد قطعات شود؟
Thread Content
در فرآیند تولید واحد ما، یک مخزن عمودی وجود دارد که ماده اصلی ساخت آن Q245 (در حالت آنیل) است و ابعاد آن DN1800×20 میباشد. بر اساس مشخصات فنی، پس از جوشکاری نیاز به عملیات حرارتی برای کاهش تنشهای کلی در ساختار مخزن وجود دارد. با توجه به این شرایط، هنگام تدوین روش تولید، تعیین کردم که از روش فرمدهی سرد برای ساخت درپوشها استفاده شود (زیرا ابعاد درپوشهای حاصل از فرمدهی سرد به راحتی قابل کنترل هستند و هزینه تولید آنها نیز کمتر است)؛ سپس پس از جوشکاری کلی، عملیات حرارتی انجام خواهد شد. در چنین مواردی، برخی از واحدها از روش فرمدهی حرارتی استفاده میکنند؛ سپس سر لوله را تحت عملیات آنیلینگ قرار میدهند (تا وضعیت مناسب ماده حفظ شود)، و در نهایت عملیات حرارتی برای کاهش تنشهای ناشی از جوشکاری انجام میشود. چنین برنامهریزی فرآیندی، اگرچه مشکل بزرگی ندارد، اما هزینه تولید آن بسیار بالاست و اصلاً ضرورتی ندارد. نمیدانم دوستان چه نظری درباره این موضوع دارند؟
از نظر عملکرد و استانداردها، هر دو قابل اجرا هستند.
فرآیند حرارتی در پوشههای بیضوی با فرمدهی سرد، باید مطابق با مقررات بند ۶.۴.۵.۱ استاندارد GB25198 باشد.
لزوم انجام عملیات حرارتی را میتوان بر اساس مفاد بند ۶.۴.۵.۱ استاندارد GB25198 تعیین کرد؛ اما اگر این دستگاه پس از جوشکاری، تحت عملیات حرارتی برای کاهش تنشها قرار گیرد، آنگاه فرآیند حرارتی مورد نیاز برای کاهش تنشها، میتواند با عملیات حرارتی کلی پس از جوشکاری جایگزین شود. البته، این عملیات حرارتی کلی باید شرایط لازم برای کاهش تنشها در قسمتهای مختلف دستگاه را نیز برآورده کند.
ضخامت نامی درپوش این محفظه ۲۰ میلیمتر است؛ اما بسته به ضخامت مواد وارد شده، معمولاً این مقدار ۲۲ میلیمتر میباشد. در چنین شرایطی، میزان تغییر شکل در فرآیند فرمدهی سرد بیش از ۵ درصد خواهد بود و لازم است عملیات حرارتی برای بازگرداندن ویژگیهای اولیه محفظه انجام شود. طبق مقررات GB150، عملیات حرارتی پس از جوشکاری نمیتواند جایگزین عملیات حرارتی برای بازیابی خواص فلز شود. در مقایسه، عملیات حرارتی نورمالسازی پس از فرمدهی حرارتی این سرپوش و عملیات حرارتی برای بازیابی خواص پس از فرمدهی سرد، تأثیر چندانی بر هزینهها ندارد.
خیلی از کارخانههای تولیدی این کار را میکنند؛ یعنی از فرآیند حرارتی جامع به جای فرآیند حرارتی مستقیم استفاده میکنند. در واقع، عملکردهای این دو روش حرارتی متفاوت است و اهدافی که به دست میآید نیز متفاوت است. عملیات حرارتی کلی، عملیات حرارتی خنکسازی است؛ هدف اصلی آن کاهش تنشهای باقیمانده در لبههای جوشکاری است. این فرآیند با سرد شدن در کوره انجام میشود و دمای گرمایش نیز متفاوت است ； خنکسازی مستقیم، روشی برای بازگرداندن خواص مکانیکی مواد است و به صورت خنکسازی در هوا انجام میشود.
در مورد درپوشهای فرمدهی سرد، میزان تغییر شکل در قسمت ورودی بسیار زیاد است؛ همچنین تنشهای داخلی وجود دارد و پدیده سخت شدن در اثر فرآوری نیز رخ میدهد! هنگامی که استحکام متریال اصلی یا درپوش پس از شکلدهی بالا و تنشها زیاد باشد، جوشکاری آن با بدنه میتواند منجر به مشکلاتی مانند تغییر شکل و ترکخوردگی شود؛ بنابراین توصیه میشود پس از شکلدهی درپوش، آن را تحت فرآیند خنککردن قرار داد. در مورد متریال Q245R، مشکلات ذکر شده در بالا به میزان قابل توجهی کمتر خواهد بود؛ اگر فاصله زمانی بین فرآیند شکلدهی سر لوله و ساخت تجهیزات بسیار کوتاه باشد، برای صرفهجویی در هزینهها، پیشنهاد میشود که فرآیندهای حرارتی را با یکدیگر ترکیب کنند.
۱. در صورتی که فرآیند شکلدهی سرد باشد، میتوان از عملیات حرارتی نهایی برای کل قطعه استفاده کرد، به جای عملیات حرارتی بر روی درپوش； ۲. اگر فرآیند شکلدهی با حرارت باشد، باید دمای مورد استفاده در این فرآیند را بررسی کرد؛ اگر این دما بالاتر از دمای عملیات نرمسازی باشد، لازم است که سر قطعه به طور جداگانه تحت عملیات حرارتی برای بازیابی خواص مواد قرار گیرد ； اگر دمای فرمدهی حرارتی کمتر از دمای آنیلینگ باشد، ممکن است تنها نیاز به عملیات حرارتی کلی در پایان بر روی دستگاه وجود داشته باشد.
آخرین بار این پست توسط thinker21 در تاریخ ۲۸-۱۲-۲۰۱۶ ساعت ۱۵:۵۳ ویرایش شد: فشار چرخشی سرد
با دقت به پاسخهای دوستان نگاه کردم؛ همگی بسیار منطقی بودند. سپس دوباره استانداردها را مرور کردم تا درک بهتری از این موضوع داشته باشم: ۱. طبق استاندارد GB/T25198-2010 «کلاهکهای مخازن فشاری»، در بخش (۶.۴.۵.۱)، کلاهکهای فولادی به شکل کروی، بیضوی، دیسکی و با کف صاف که از طریق فرآیند شکلدهی کامل صفحات یا ابتدا ترکیب صفحات و سپس شکلدهی ساخته میشوند، باید پس از شکلدهی سرد، تحت عملیات حرارتی قرار گیرند. در اینجا، استانداردها مشخص نکردهاند که چه نوع عملیات حرارتی باید استفاده شود؛ درک قبلی ما این بوده که منظور، عملیات حرارتی برای کاهش تنشهاست. دوم، در استاندارد GB150-2011، برای اجزای تحت فشار ساخته شده با فرآیند شکلدهی سرد ورقهای فولادی، هنگامی که یکی از شرایط مذکور در بندهای a) تا e) برقرار باشد و نرخ تغییر شکل بیشتر از محدوده ذکر شده در جدول ۴ (برای فولادهای کربنی و فولادهای کمآلیاژی و سایر مواد، نرخ تغییر شکل بیشتر از ۵٪) باشد، باید پس از شکلدهی، اقدامات لازم برای بازیابی خواص ماده انجام شود. الف) ظرفی که حاوی مواد سمی با خطر بسیار بالا یا بالاست ； ب) ظروفی که در نقشه با فرسایش تحت تنش مشخص شدهاند ； ج) برای فولاد کربنی، فولاد کمآلیاژی، با ضخامت بیشتر از ۱۶ میلیمتر قبل از شکلدهی ； د) برای فولاد کربنی و فولاد کمآلیاژی، نرخ کاهش ضخامت پس از شکلدهی بیشتر از ۱۰٪ است.
هـ) (در جدول اصلاحات شماره ۱ حذف شده است).
سوم، تفسیر استاندارد GB150-2011 برای بند ۸.۱.۱:
۱. برای اجزای تحت فشار که به روش شکلدهی سرد ساخته میشوند، میزان سختی ناشی از شکلدهی سرد با نرخ تغییر شکل اندازهگیری میشود؛ هنگامی که اجزای تحت فشار ساخته شده از مواد مختلف، به میزان تغییر شکل مشخصی برسند، باید پس از شکلدهی تحت عملیات حرارتی قرار گیرند تا عملکرد آنها بازیابی شود. توجه داشته باشید که «انجام عملیات حرارتی مناسب برای بازیابی عملکرد ماده» در اینجا به معنای زیر است:
الف) برای فولاد کربنی و فولاد کمآلیاژی، منظور انجام فرآیند آنیلینگ در دمای بازبینی کریستالی است؛ این کار برای از بین بردن تنشهای باقیمانده، سختی ناشی از کشش و سایر اثرات منفی انجام میشود. بازبلوری زمانی رخ میدهد که دمای هموژنسازی به اندازه کافی بالا و زمان آن به اندازه کافی طولانی باشد؛ در این حالت، در ساختار میکروسکوپی فلزات یا آلیاژهای تحت فشار، بلورهای جدیدی بدون تنش ایجاد میشوند که همان هستههای بازبلوری هستند. کریستالهای جدید به طور مداوم رشد میکنند تا زمانی که ساختار تغییر یافته اولیه کاملاً از بین برود؛ در این حالت، ویژگیهای فلز یا آلیاژ نیز دچار تغییرات قابل توجهی میشود. این فرآیند، بازبلورسازی نامیده میشود. در این میان، دمایی که در آن تولید دانههای جدید آغاز میشود، دمای شروع بازبلوریزاسیون نامیده میشود؛ و دمایی که در آن کل ساختار میکروسکوپی توسط دانههای جدید پر میشود، دمای پایان بازبلوریزاسیون یا دمای بازبلوریزاسیون کامل نامیده میشود. محدوده دمایی مربوط به فرآیند بازبلورسازی تحت تأثیر عواملی مانند ترکیب آلیاژ، میزان تغییر شکل، اندازه دانههای بلوری اولیه و دمای هموژنسازی قرار دارد. در کاربردهای عملی، از میانگین حسابی دمای شروع بازبلورسازی و دمای پایان آن، به عنوان پارامتری برای سنجش سطح پایداری حرارتی خواص فلز یا آلیاژ استفاده میشود؛ این مقدار را دمای بازبلورسازی مینامند. ب) در مورد فولادهای آلیاژی پیشرفته، مانند آستنیت، فریت، استیلهای فازدوگانه و غیره، به دلیل اینکه در فرآیند شکلدهی سرد، بسته به میزان تغییر شکل، تغییراتی نیز در ساختار میکروسکوپی مواد رخ میدهد، تنها با استفاده از روشهای حرارتی معمول برای کاهش تنش، نمیتوان خواص مواد را (از جمله خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی) بازیابی کرد. بنابراین، معمولاً لازم است از روشهای حرارتی مناسب برای وضعیت اولیه مواد استفاده شود تا بتوان خواص مورد نظر را بازیابی کرد. بنابر موارد فوق: ۱. اگر درصد تغییر شکل سر دستگاه بیشتر از ۵٪ نباشد (در فولاد کربنی و فولادهای کمآلیاژی)، طبق استاندارد GB150، انجام عملیات حرارتی برای بازیابی خواص مواد الزامی نیست؛ اما طبق استاندارد GB/T25198، لازم است عملیات حرارتی انجام شود. به نظر من، استفاده از عملیات حرارتی برای کاهش تنشها کافی است. اگر دستگاه نیاز به انجام عملیات حرارتی برای کاهش تنشها پس از جوشکاری داشته باشد، میتوان از این روش به جای عملیات حرارتی مربوط به فرمدهی سرد استفاده کرد. ۲. اگر نرخ تغییر شکل در قسمت سر مخزن بیشتر از ۵٪ باشد (برای فولادهای کربنی و فولادهای کمآلیاژی)، و ضخامت جسم مورد استفاده بیشتر از ۱۶ میلیمتر باشد، یا کاهش ضخامت دیواره بیشتر از ۱۰٪ باشد، طبق الزامات استاندارد GB150، لازم است فرآیند خنککردن در دمای بازبنای کریستالی انجام شود. هدف اصلی این کار، مقابله با سختی ناشی از فرآیندهای فرمدهی سرد و همچنین کاهش تنشها است؛ در این صورت، باید از نمونههای آزمایشی از مواد اصلی ساختار سر مخزن استفاده شود. در این حالت، عملیات حرارتی برای کاهش تنشهای پس از جوشکاری دستگاه، نمیتواند جایگزین فرآیند کاهش کیفیت ناشی از دمای بازبلورسازی پس از فرمدهی سرد شود. ۳. در این هنگام، سؤال دیگری مطرح میشود: چرا با وجود اجرای استانداردها به مدت طولانی، مردم به فرآیند خنکسازی با دمای بازبلوری توجه و درک لازم را نداشتهاند؟
هـ) (در جدول اصلاحات شماره ۱ حذف شده است).
سوم، تفسیر استاندارد GB150-2011 برای بند ۸.۱.۱:
۱. برای اجزای تحت فشار که به روش شکلدهی سرد ساخته میشوند، میزان سختی ناشی از شکلدهی سرد با نرخ تغییر شکل اندازهگیری میشود؛ هنگامی که اجزای تحت فشار ساخته شده از مواد مختلف، به میزان تغییر شکل مشخصی برسند، باید پس از شکلدهی تحت عملیات حرارتی قرار گیرند تا عملکرد آنها بازیابی شود. توجه داشته باشید که «انجام عملیات حرارتی مناسب برای بازیابی عملکرد ماده» در اینجا به معنای زیر است:
الف) برای فولاد کربنی و فولاد کمآلیاژی، منظور انجام فرآیند آنیلینگ در دمای بازبینی کریستالی است؛ این کار برای از بین بردن تنشهای باقیمانده، سختی ناشی از کشش و سایر اثرات منفی انجام میشود. بازبلوری زمانی رخ میدهد که دمای هموژنسازی به اندازه کافی بالا و زمان آن به اندازه کافی طولانی باشد؛ در این حالت، در ساختار میکروسکوپی فلزات یا آلیاژهای تحت فشار، بلورهای جدیدی بدون تنش ایجاد میشوند که همان هستههای بازبلوری هستند. کریستالهای جدید به طور مداوم رشد میکنند تا زمانی که ساختار تغییر یافته اولیه کاملاً از بین برود؛ در این حالت، ویژگیهای فلز یا آلیاژ نیز دچار تغییرات قابل توجهی میشود. این فرآیند، بازبلورسازی نامیده میشود. در این میان، دمایی که در آن تولید دانههای جدید آغاز میشود، دمای شروع بازبلوریزاسیون نامیده میشود؛ و دمایی که در آن کل ساختار میکروسکوپی توسط دانههای جدید پر میشود، دمای پایان بازبلوریزاسیون یا دمای بازبلوریزاسیون کامل نامیده میشود. محدوده دمایی مربوط به فرآیند بازبلورسازی تحت تأثیر عواملی مانند ترکیب آلیاژ، میزان تغییر شکل، اندازه دانههای بلوری اولیه و دمای هموژنسازی قرار دارد. در کاربردهای عملی، از میانگین حسابی دمای شروع بازبلورسازی و دمای پایان آن، به عنوان پارامتری برای سنجش سطح پایداری حرارتی خواص فلز یا آلیاژ استفاده میشود؛ این مقدار را دمای بازبلورسازی مینامند. ب) در مورد فولادهای آلیاژی پیشرفته، مانند آستنیت، فریت، استیلهای فازدوگانه و غیره، به دلیل اینکه در فرآیند شکلدهی سرد، بسته به میزان تغییر شکل، تغییراتی نیز در ساختار میکروسکوپی مواد رخ میدهد، تنها با استفاده از روشهای حرارتی معمول برای کاهش تنش، نمیتوان خواص مواد را (از جمله خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی) بازیابی کرد. بنابراین، معمولاً لازم است از روشهای حرارتی مناسب برای وضعیت اولیه مواد استفاده شود تا بتوان خواص مورد نظر را بازیابی کرد. بنابر موارد فوق: ۱. اگر درصد تغییر شکل سر دستگاه بیشتر از ۵٪ نباشد (در فولاد کربنی و فولادهای کمآلیاژی)، طبق استاندارد GB150، انجام عملیات حرارتی برای بازیابی خواص مواد الزامی نیست؛ اما طبق استاندارد GB/T25198، لازم است عملیات حرارتی انجام شود. به نظر من، استفاده از عملیات حرارتی برای کاهش تنشها کافی است. اگر دستگاه نیاز به انجام عملیات حرارتی برای کاهش تنشها پس از جوشکاری داشته باشد، میتوان از این روش به جای عملیات حرارتی مربوط به فرمدهی سرد استفاده کرد. ۲. اگر نرخ تغییر شکل در قسمت سر مخزن بیشتر از ۵٪ باشد (برای فولادهای کربنی و فولادهای کمآلیاژی)، و ضخامت جسم مورد استفاده بیشتر از ۱۶ میلیمتر باشد، یا کاهش ضخامت دیواره بیشتر از ۱۰٪ باشد، طبق الزامات استاندارد GB150، لازم است فرآیند خنککردن در دمای بازبنای کریستالی انجام شود. هدف اصلی این کار، مقابله با سختی ناشی از فرآیندهای فرمدهی سرد و همچنین کاهش تنشها است؛ در این صورت، باید از نمونههای آزمایشی از مواد اصلی ساختار سر مخزن استفاده شود. در این حالت، عملیات حرارتی برای کاهش تنشهای پس از جوشکاری دستگاه، نمیتواند جایگزین فرآیند کاهش کیفیت ناشی از دمای بازبلورسازی پس از فرمدهی سرد شود. ۳. در این هنگام، سؤال دیگری مطرح میشود: چرا با وجود اجرای استانداردها به مدت طولانی، مردم به فرآیند خنکسازی با دمای بازبلوری توجه و درک لازم را نداشتهاند؟
آخرین بار، این پست توسط zxhslm در تاریخ ۳۰-۱۲-۲۰۱۶ ساعت ۰۸:۵۴ ویرایش شد. در مورد فرآیندهای حرارتی برای بازگرداندن خواص مواد در اثر سخت شدن ناشی از کار در دماهای پایین، در جلد آموزشی مهندسان طراحی مخازن فشاری اثر استاد لی شییو، ذکر شده است که میتوان از فرآیند آنیلینگ برای کاهش تنشها استفاده کرد؛ همچنین میتوان از فرآیندهای نورمینگ یا ترکیب نورمینگ و هیتتریتمنت نیز استفاده کرد. در کشور ما، اغلب از روش آنیلینگ برای کاهش تنشها استفاده میشود. فکر میکنم آنچه نویسنده گفته، قابل اجراست.