低温容器设计、制造注意事项

1、低温压力容器制造质量控制 发表于2008-12-22 11:03:18分使用道具小中大楼主 1 低温压力容器材料控制要点低温压力容器的质量首先取决于低温用钢材的质量。低温用钢按使用温度大体分为三大类：-40以上温度时，多用低碳（含碳里小于0.25%）碳锰钢；-40-196时，多用低碳钢、中镍钢，-196-273时，多用铬镍奥氏体钢。常用的钢材有16MnR、16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR、06MnNbDR、CF-62 等，以及镍系低温钢材1.5Ni、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni 钢等。钢材在低温下的主要失效形式是脆性断裂。钢材在温度低于脆性转变温度（

2、NDTT）时，在有足够尖锐的缺口或缺陷时就可能导致低应力下的脆性断裂。这种断裂破坏是突然发生的，并可能导致灾难性的后果。钢材在低温下的冲击值Akv，反映了钢材缺口尖端处的在低温下塑性变形能力和对裂纹扩展的敏感性，即低温韧性。材料采购首先应选择经过企业内部管理评审合格供方，同时为了得到良好的冷热加工性能和低温韧性，采购时对所选的低温钢材在对冶炼方法、化学成分、钢材内部组织、热处理状态等诸方面均应加以严格规定和要求，以保证低温钢材的质量。1.1 低温材料的检验低温钢材在入厂后的复验对于保证材料质量，从而在源头上保证低温压力容器的质量具有重大意义。低温压力容器用钢材在加工制造前须对低温冲击值进行复验

3、。对低温三类压力容器和球罐用钢材还要进行全项目复验。即复验材料的化学成分、常温机械性能、低温冲击值以及钢材超声波检测复验。钢材复验按进行精确下料，确保筒体成形准确。对于封头及球壳板批进行，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格尺寸、能、低温冲击值以及钢材超声波检测复验。钢材复验按批进行，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格尺寸、同一热处理制度的钢材组成。低温压力容器用焊条应选用化学成分和力学性能与母材相近的低氢碱性焊条，埋弧焊焊剂应选用碱性或中性焊剂，并且其低温冲击值不小于标准和母材的规定。所有用于低温钢的焊条应按批复验药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量。1.2 低温材料的管理建立严格的低温钢材料的

4、发放、回收以及现场管理制度，对于低温压力容器的制造来讲是重要的质量保证手段。特别在制造现场，由于低温钢材与普通钢材容易混淆，如不严加管理会留下很大的事故隐患。低温钢材和焊条应专人专库管理，经技术交底后，施工人员和相关管理人员应熟识低温钢材和焊条的标识，以防与其他钢材混淆。材料进出库要记录台帐，剩余材料要及时进行标识移植。低温钢材表面质量要求高，低温钢材储运过程中应保护好表面并采用色标进行标识。下料、切割应在材料管理人员监督下进行，并及时进行色标移植，低温钢材表而不允许打钢印作标识。钢板材、半成品按批号、规格分类上架堆放，预制，加工成形的材料用胎具支架存放，严禁低温钢材料特别是焊接材料直接置于地

5、面。支架离地面和墙面的距离不应小于300mm 。焊条库设置符合相关焊材管理规定，库内温度不得低于10 ，相对湿度不大于60% ，并做好记录。焊条使用前按规定温度烘干2 小时，烘干后放置于恒温干燥箱内(100150）。2 制造安装过程控制要点压力容器低温下的破坏除钢材本身质量因素外，制造及安装缺陷造成的内部应力集中也是引起低温脆性断裂的一个重要原因。特别在低温下，应力集中处较大的峰值应力与设备总体薄膜应力和弯曲应力相叠加，使低温压力容器在局部达到很高的应力水平，而低温下钢材的塑性变形能力下降，自限性条件消失，从而引起钢材突然的脆性断裂。此外，在制造过程中，钢材冷态下加工变形率过大时，会出现强度和

6、硬度增大，而塑性和韧性降低，脆性转变温度升高的冷作硬化现象，如不加以消除则会增加低温脆性破坏的危险。因此，在低温压力容器的制造、安装过程中，应采取措施降低内部应力水平和冷作硬化现象。（1）钢板材下料时必须严格按照经计算的排版尺寸进行精确下料，确保筒体成形准确。对于封头及球壳板进行二次下料，以保证精度。在运输过程中应采用合适的胎具进行夹固，防止产生变形，现场组对安装前，应进行尺寸复查，对复查超标的板材，应重新进行压制或校圆，确保组对质量。如果偏差超标而强行组对，就会产生很大的组装应力，这对于低温压力容器是很不利的。因此组对壳体时不得强行组对、组装。(2）为避免钢材冷作硬化，低温压力容器的零部件在

7、常温下成形或矫形时，应控制钢板的冷塑性变形率2% ，并且不允许用铁锤敲打成形或校形。当环境温度低于 -10时，不得进行冷变形加工。对于容器筒体应控制最小弯曲半径并进行多次辊压成形。对于球壳板应采用合适的胎具多次多点压制成形，而对于椭圆形封头，其冷作硬化最严重的是变形最大的过渡区和直边部分，为消除冷作硬化，压制之前或中间对板坯进行退火处理以便软化组织，防止断裂。在冷压后还应进行与原母材相同的热处理，以恢复低温韧性。（3）在组对时，应将各筒节的偏差均匀分布，不得集中至某一侧或某一段，以免引起过大的形状突变，减少应力集中水平。对于不等厚的对接，应将厚板削薄并圆滑过渡至与薄板齐平。对于低温球形罐，应采

8、用分片散装法逐片组装，减少不均匀的偏差和形状突变，确保组对错变量、棱角度、圆度等指标符合要求。(4）容器壳体、受压元件表面均不得用钢印做各种标识，只允许用油漆作标识。3 焊接工艺质量控制要点低温压力容器的焊接质量是影响低温压力容器制造质量的另一个重要因素。低温钢的焊接除了防止焊接裂纹外，关键是要保证焊缝及热影响区的低温韧性，这是低温钢焊接工艺质量控制的一个主要环节。3.1 低温钢冷裂纹的防止措施低温钢冷裂纹产生的原因是应力、淬硬组织和焊缝金属扩散氢含量共同作用的结果。低温钢材料中的杂质、焊接区域中的油污、铁锈、大气中的水汽等在电弧高温作用下分解出氢原子进人熔池中，在焊缝冷却过程中以过饱和状态扩

9、散、析集于熔合线附近的热影响区，在焊接应力及淬硬组织的共同作用下，极易产生冷裂纹。另外，一些工艺缺陷如咬边、未焊透等也促成冷裂纹的产生。在我厂的制造中，采取如下措施防止冷裂纹产生，收到了良好的效果：(1）减少氢的来源。选用低氢型焊条，甚至超低氢型焊条其次焊条必须彻底烘干，放人手提式保温筒内随用随取，筒内温度保持在100150 。焊条置于空气中4h，必须再烘干，再烘干不得超过一次。焊接坡口附近焊前必须用砂轮机打磨干净，要彻底去除锈蚀、油污和水汽及其它污物，检查合格后方可施焊。(2）选取合适的焊界线能量。线能量过小，则热影响区易出现淬硬组织。线能量大，有利于消除冷裂纹，但易形成过热组织，影响低温韧

10、性，故焊接线能量应适当。(3）严格检查组对工序的质量，错边量、棱角度等缺陷超标时不得进行焊接、同时严禁强制装配组对，减少装配应力。另外，合理安排焊接顺序，将焊接时产生的拘束度和应力减至最小。(4）焊前预热、焊后缓冷。避免淬硬组织和减少焊接应力，并及时进行焊后热处理。如不能及时进行焊后消应力热处理，焊后应立即进行消氢处理，300350，保温26h。但应注意对一些回火脆性倾向大的钢种处理时应避开其回火脆性温度区间。(5）严禁在壳体非焊接部位随意点焊、引弧。由于点焊、引弧处的冷却速度低于正常的焊接冷却速度，更易产生冷裂纹。而且有些引弧疤痕不易发现，更易留下安全隐患。对于弧坑、焊疤，机械损伤等应打磨清

11、除干净，修磨部分与母材圆滑过渡，修磨斜度至少为1：3，然后焊补并打磨至与母材齐平，进行100磁粉或着色检查。3.2 低温钢热裂纹的防止措施热裂纹的产生则与应力、杂质和化学成分有关。焊缝中的有害元素硫、磷及其它易形成低熔点共晶物的元素共同作用，产生严重偏析，从而形成热裂纹。特别是9Ni 钢的焊接，采用与母材不同的奥氏体型的填充材料，更易产生热裂纹。另外，焊接时形成的焊接熔池形状与热裂纹有关。熔池深而窄，则偏析多集中于焊缝中间，易形成热裂纹，熔池浅而宽，而且呈圆形，则抗热裂性好。防止热裂纹我们采取如下措施保证焊接质量：(1）考虑母材对焊缝金属的稀释作用，焊条中所含的增加低温韧性及防裂纹的合金含量应

12、比母材高，而硫、磷含量还应更低。另外提高焊条和焊剂中的碱度，可改善焊缝中的偏析程度，提高抗裂能力。(2）适当预热，并制定合理的焊接次序，减少焊接接头的刚度，降低焊接应力。(3）采用正确的焊接参数。保持圆形的，同时浅而宽的焊接熔池。(4）一旦出现裂纹，应用碳弧气刨或砂轮将裂纹彻底打磨清除干净，不能采用后继焊道熔化来消除裂纹。4 整体焊后热处理质量控制要点焊接是最直接产生残余应力的热加工过程。焊接残余应力主要是在焊接过程中，由焊接热应力和结构拘束应力造成。另外焊缝金属及热影响区母材在焊接过程中发生相变而产生的相变应力，还有加工成形及组对装配中产生的附加应力等与焊接残余应力叠加，从而使压力容器的应力

13、状态更加复杂。各种内部应力的存在增加了低温下的脆性断裂的危险。低温压力容器焊后进行消除应力热处理除了消除焊接残余应力之外，还能去除焊缝金属中的氢气，软化热影响区和加工变形区的组织，提高其低温韧性，是保证低温压力容器质量的重要手段。低温压力容器焊后消除应力热处理方法主要有：局部热处理、炉内整体热处理、炉内分段热处理、整体内部热处理四种。其中，以整体热处理处理效果最好，残余应力消除率可达90%以上。为了保证焊后热处理的制造质量，制定焊后热处理工艺参数时要考虑的因素很多，受压工件材料及其原始组织状态、热处理要达到的目的、加热方式（加热速度）、工件尺寸及冷却方式等。由于各种因素的差异，制订的热处理工艺

14、参数也不尽相同，但其确定条件是相同的。4. 1 保温温度的确定条件（l）调质的高强度低温钢，如果焊后加热温度超过原调质回火温度时，会失去调质效果，使强度和韧性降低。特别是镍系低温钢，易产生回火脆性，使低温韧性下降。对于含有较多合金元素的低温钢来说，焊后热处理往往会产生回火脆性（即再热脆化），进而降低焊缝和热影响区的韧性。（2）保温温度范围确定条件为相变点以下，再结晶温度以上。使晶格崎变和硬化组织通过恢复和再结晶得以消除，残余应力得到充分松弛和释放，同时不致使母材及焊接区造成再热脆化等不良后果。对于调质或正火回火钢，其保温温度应在回火温度以下30左右为宜，以免破坏其性能，降低韧性和强度。4.2

15、保温时间的确定条件（1）一定的保温时间可使焊缝及母材的残余应力得以充分松弛，改善焊接区的性能同时在消除残余应力时又不至于产生新的温差应力，因而是必需的。（2）当所采用的加热温度比要求的加热温度低时，在现行的各种规范中，都采取延长保温时间的办法来达到消除应力的效果，以弥补温度的不足。但试验研究表明，应力下降在保温开始阶段较为显著，随后应力下降便趋于缓慢，保温时间过长，反而会使焊缝金属晶粒粗大化，脱碳层厚度增加，从而造成低温韧性的下降。（3）一般来说保温时间不能短于最少保温时间，而且只要达到规定的保温时间和温差要求就能很好地消除残余应力而不会产生大的温差应力。为了得到最小的保温温差而过分延长保温时

16、间也是不合理的。4.3 加热、冷却速度的确定条件加热、冷却速度应随着钢中合金元素及厚度的增加、结构复杂程度的提高而降低，以避免产生新的温差应力。按照我国标准规范规定，升温速度200h, 降温速度260h。对于大尺寸结构、复杂结构等，为了避免加热温差，应采用较小的加热、冷却速度。一般对于碳素钢最低可为50h，合金结构钢最低可为20h。同时可采取补强或加固支撑等措施以防变形。另外，对于某些回火脆性倾向大的钢种，应尽量减少在回火脆性温度区间的停留时间，升，降温速度也不应太小。4.4 入炉出炉温度的确定条件被加热件人炉或出炉时的温度，一般规定在400以下。而对于某些超厚或复杂的结构有时要采用200以下

17、的人炉和出炉温度。应根据被加热件的形状和尺寸特点以及现场环境条件以不再产生较大残余应力，无变形和裂纹为原则。 -复制自天工网 低温压力容器设计需注意哪些问题？ HYPERLINK /wangjinyu-520/blog/static/4097833920094232942218/ l # 学习空间 2009-05-02 15:29 阅读40评论0 字号： HYPERLINK /wangjinyu-520/blog/static/4097833920094232942218/ l # 大大 HYPERLINK /wangjinyu-520/blog/static/4097833920094232

18、942218/ l # 中中 小小 1、一般是选材上应注意，材料的最低使用温度，再则应加低温夏比冲击试验2、对焊接也有一些要求，局部探伤比例是50%等等3、结构上应尽量减少约束 1.16MnDR按GB3531-96低温压力容器用低合金钢钢板正火状态供货。2.专用级螺柱材质35CrMoA采购时应在订货合同中注明：进行设计温度（-35）下的低温V形缺口冲击试验，其三个试样的冲击功Akv平均值应不低于27J3.低温锻件（16MnDII）按JB4727-2000低温压力容器用低合金钢锻件正火状态供货，锻件级别为II级。4.用于碳素钢和低合金钢焊接的焊条应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散wiki氢/wi

19、ki含量的复验，其检验方法按相应的焊条标准或技术要求。5.碳钢和低合金钢制低温容器应每台带产品焊接试板，冲击试样取焊缝区和热影响区，各取三个。6.焊接过程中，A、B、D类焊接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透结构；焊接区域内，包括对接接头和角接接头的表面，不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷，不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡；对接焊接接头的焊缝余高不得大于焊件厚度的10%，且不大于3mm，超过部分应磨平；接管端部应与换热器内表面齐平，端部内角应打磨成R3mm的圆角。7.支座不得与壳体直接焊接，应设置垫板，垫板材料与壳体相同。8.应将壳体表面的划痕、焊疤、弧坑等缺陷修磨成光滑曲面，修磨深度不得大于壳体

20、名义厚度的5%，且不大于2mm。9.其他要求可以看标准受压元件用钢必须是镇静钢、须进行低温夏比（V型缺口）冲击试验、须逐张超声检测等1、选材：低温低应力判定、低温冲击试验、原材料检测2、结构：简单、避免结构突变、避免温差过大、接管端部圆滑过渡3、焊接：全焊透、接管焊接型式、焊接工艺评定、焊接接头冲击试验、接头表面质量要求4、制造、检验和验收：不得强制组装或成形、受压元件不得有钢印等标记、热处理要求、无损检测方法比例合格级别、试压要求5、安装与维护 低温压力容器制造与检验要求6制造和检验6.1 制造用原材料 制造低温压力容器用的材料应符合第4章的要求。6.1.2 制造低温压力容器受压元件用钢板应

21、由容器制造单位按4.7.4条要求复验低温冲击韧性。如钢材质量证书中缺少低温夏比(V型缺口)冲击试验数据，低温冲击韧性试验需按规定加倍复验。6.1.3 制造低温压力容器受压元件用的钢材，钢材未作无损检测交货时，容器制造单位应按4.9条的要求进行无损检测检验。6.2 受压元件的成形6.2.1 不得在受压元件上刻划或敲打材料标记及焊工钢印。允许打少量基准线锪眼(冲样的尖端应磨圆)，但深度不得超过0.5mm。材料和件号标记用油漆涂写。焊工记录绘图标明，并随质量证书一起出厂。6.2.2 对不进行焊后消除应力热处理的容器，不得用锤击等强制手段进行成形或组装。钢板及钢管不得在冷态下用钢锤敲打成形或校形。若需

22、在冷态下成形或校形，必须采用胎具缓慢变形或用木锤、橡皮锤轻打，并需对其变形度(纤维伸长率)加以控制，各种材料允许的冷加工变形度如下：（1）含镍量小于1.5的铁索体低合金钢和碳索钢，冷加工变形度应小于等于2(钢板)、5(钢管)。（2）含镍量大于等于1.5的铁素体镍合金钢，冷加工变形度应小于等于5；变形度大于2时，必须进行时效冲击试验(变形度5)，冲击韧性低于4.7条的规定者按6.2.4条规定处理。（3）对于铬镍奥氏体不锈钢，冷加工变形度应小于等于15。如能证实材料在冷加工后的伸长率尚能大于或等于15者，则可提高允许的冷加工变形度。6.2.3 材料的加工变形度按HG 20584有关条款进行计算。6

23、.2.4 材料的加工变形度超过6.2.2条允许值时。必须采用热成形或冷成形后消除应力热处理。热成形的终压温度不得低于材料的再结晶温度。6.2.5 坯料热成形前的加热，必须在均热炉内进行，不得采用焦炭火焰直接加热。材料在加热过程中，若出现合金元素烧损、金相组织破坏(无法通过热处理恢复)或表面龟裂，应予报废。6.2.6 规定正火状态使用的材料，应采用正火工艺控温热成形或热成形后重新正火处理。采用控温热成形者，除控制加热成形温度外，还应设置热加工模拟试板，进行评定(包括母材及焊接接头)。规定调质状态使用的材料，热成形后必须重新调质处理。铬镍奥氏体不锈钢，热成形后必须淬火(固溶)处理。6.3 对焊法兰

24、制造对焊法兰应采用无缝的锻制或轧制工艺生产，不允许采用厚钢板切制而成，但允许采用型钢或钢板弯曲、焊接制成。如采用钢板弯制，应将钢板沿轧制方向切成条形。弯曲时应使钢板表面平行于法兰的中心线，同时，还必须对钢板进行超声波检测，不得存在分层缺陷。6.4 焊接6.4.1 低温压力容器焊接材料的选用及焊接工艺评定应符合4.11条有关规定。6.4.2 低温压力容器受压元件材料为铁素体钢，属于下列（1）或（2）款情况之一者，焊接坡口焊前必须经磁粉或渗透检测。（1）合金元素总含量大于3。（2）钢材标准规定的最低抗拉强度大于540MPa的低合金钢，其焊接坡口采用火焰切制或碳弧气刨者。（3）在钢板表面(而不是端面

25、)进行施焊的安放式接管、平封头、管板与壳体连接结构处(如HG 20583中的J7、R4R9、Rll、G34G41)，坡口处3倍焊缝宽度范围内的钢板表面应作超声波检测，且无分层缺陷存在。6.4.3 低温压力容器受压元件的焊接须符合以下要求：（1）引弧须采用引弧板或在坡口内引弧，不得在非焊接部位引弧。（2）焊接附件或工装卡具、拉筋等必须使用与壳体相同的焊接材料和焊接工艺，由合格的正式焊工施焊，焊道长度不得小于50mm。（3）接管及人孔根部与容器壳体相联的焊缝，以及接管及法兰的对接焊缝，必须焊透(除5.3.6条 (4)(6)款规定者外)。（4）对接焊缝必须焊透，余高应尽量减少（对接焊缝的余高，不得大

26、于焊件板厚的10%，且不大于3mm，超高部分应予磨平）；角焊缝应圆滑，不允许向外凸起，焊缝圆滑度差或成形不良者必须打磨；焊缝表面不得有裂纹、气孔、夹渣、咬边等缺陷，表面不应有急剧的形状变化，应平滑过渡。6.4.4 低温压力容器受压元件的焊接工艺评定按JB 4708钢制压力容器焊接工艺评定规定。冲击韧性试验的取样数量(不包括复验)不得少于二组(每组三个试样)。V型缺口的中心线分别位于焊缝中央和热影响区(熔合线外2mm左右的相变阴影区)。必要时，可采用K型坡口，以对熔合线的冲击韧性进行评定。低温冲击试样尺寸、试验方法、试验温度及合格指标等应符合4.7条的相应要求。6.4.5 按照JB 4708进行

27、焊接工艺评定，由不同组别号的母材组成焊接接头时，其焊接接头的低温冲击试验需重新评定。6.4.6 施焊过程中，应严格控制焊接线能量在工艺评定的线能量范围内，尤其应注意不要超过工艺评定的线能量上限。6.5 焊后消除应力热处理6.5.1 受压元件焊接接头厚度超过16mm时，低温压力容器或部件全部施焊工作完成后，应进行消除应力热处理。热处理工艺应与焊接工艺评定的热处理制度(温度曲线)一致。热处理应包括4.3条（1）款中的受压元件与非受压元件的连接焊缝。热处理后不得再进行施焊。6.5.2 焊接接头厚度的计算原则如下：（1）对接接头按较薄者厚度计。（2）筒体与管板、平封头之类的焊接接头按简体厚度计。（3）

28、接管与壳体的焊接接头按壳体厚度计。（4）接管或壳体与法兰的焊接接头按接管或接头厚度计。（5）附件与受压元件的焊接接头按角焊缝的厚度计(填角焊按腰高计)。6.6 产品焊接试板及其检验6.6.1 每台低温压力容器至少应作一块产品焊接试板。当一台容器的主要受压元件(筒体、凸形封头)采用数种经评定的焊接工艺施焊时，应相应增加产品焊接试板的数量。6.6.2 产品焊接试板须在产品制作过程中，以产品制作时同样的材料(包括母材和焊接材料)、同样的焊接工艺和焊接条件与产品焊缝同时焊接，不得在产品完成后补作。6.6.3 产品焊接试板的制取、检验项目和试验方法按 JB 4744钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验

29、的规定；其中低温冲击试验按4.7条进行，每块试板最少取两组试样(每组三个)，缺口中心线位于焊缝中央和热影响区各一组，试样取自最终焊道一侧，缺口中心线与板面垂直。6.6.4 产品试板冲击试验不合格时，按6.7.6条（1）（2) 款处理，或将试板连同容器或其所代表的部件一同热处理后重新检查。6.7 焊接接头及表面无损检测6.7.1 低温压力容器的对接焊缝（A、B类接头）符合下列情况之一者，应经100射线或超声波检测检查。（1）盛装易燃介质的容器，且设计压力大于0.6MPa的容器。（2）设计压力大于等于1.60MPa的容器。（3）壳体板厚大于25mm的容器。（4）钢材标准规定的最低抗拉强度540MP

30、a或合金元素含量大于3的容器。（5）设计温度小于-40的容器。（6）进行气压试验的容器。（7）图样注明盛装毒性为极度危害或高度危害介质的容器。6.7.2 除6.7.1条规定以外的对接焊缝允许局部检测，其检验长度不小于相应焊缝总长的50，且不少于250mm。6.7.3 低温压力容器下列部位应按JB/T 4730进行表面磁粉或渗透检测。（1）符合6.7.1的对接焊缝，但无法进行射线或超声波检查者。（2）符合6.7.1的容器壳体上的C类、D类焊缝以及附件焊接的角接焊缝、填角焊缝的可及表面。（3）钢材标准规定的最低抗拉强度540MPa的高强度钢容器壳体上的全部焊缝及热影响区表面。（4）受压壳体上工装卡具、拉筋板等临时附件拆除的焊痕表面、焊补前的坡口及焊补的表面以及电弧擦伤处。6.7.4 设计压力大于等于1.60MPa，且设计温度低于-40的设备法兰用紧固件材料为铁素体钢时，应逐件进行磁粉检测。6.7.5 无损检验方法和评定标准应符合下列要求：（1）对接焊缝的射线检测按JB/T 4730.2进行。射线照相的质量应不低于AB级，焊缝质量不低于级为合格(100检测及局部检测)。（2）焊缝的