专利名称：一种防止焊接结构应力腐蚀开裂技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属构件的防腐技术，特别提供了一种逆焊接温差处理防止焊接结构应力腐蚀开裂的新技术。
化工、能源、冶金等行业经常使用各类容器和管道，根据不同用途常用不锈钢、高强钢、低碳钢或普通碳素结构钢等材料，由于焊接等加工工序住住使这些结构存在高达材料屈服点的残余拉伸应力。根据ASTM对实际工程设备的应力腐蚀开裂参数的统计，80％的应力腐蚀开裂事故是由上述残余应力引起的。因此，世界各国有关规程都规定有应力腐蚀倾向的容器或管道等焊接结构，需进行消除焊接残余应力处理。
但是，对于采用不锈钢制造的焊接结构，消除应力的有效温度在1000℃以上，由于温度太高，工程上往往难以实施对于采用调质高强钢制造的容器，由于在退火温度范围内产生回火脆性，降低材料的使用性能，因而也限制了实际工程中的应用。这些都是世界各国公认的难题。另外，普通的消除应力退火热处理，由于各种原因，接触介质的工作表面仍可能在拉应力作用下运行，从而导致应力腐蚀开裂(NACE标准RP0296-96认为，经过焊后热处理的压力容器，开裂率仍达到25％，比经过热处理的30％稍低)。
因此，当前用不锈钢和高强钢一类材料制造的容器或管道，大多数仍然是在带有较高残余应力的情况下运行。它们的使用寿命则由应力腐蚀程度决定，它们的破坏事故多半是由应力腐蚀开裂造成的。
拉伸应力是产生应力腐蚀开裂的必要条件，如能采用特殊处理方法使容器接触应力腐蚀敏感介质的表面，特别是焊接接头附近表面，形成一定的压缩残余应力，在容器运行时，和其它的应力(包括工作应力、温度应力等)叠加，使其表面的总应力状态为零值以下，如此将能从根本上解决应力腐蚀开裂问题。
锤击和喷丸是形成表面压应力状态较普通的方法，但采用这种方法的突出问题之一是材料表面的塑性形变量难以控制，过大形变量会使材料的抗腐蚀能力变差。另外，在大面积范围内获得数值稳定的压缩应力值，在操作上也有相当难度。爆炸法消除应力处理方法简单，不受材料种类、结构尺寸的限制，制造的压应力层浓度要比锤击和喷丸深，在许多工程中有成功应用的例子(但在不锈钢中尚无工程应用)。要在大面积范围内获得均匀的压缩残余应力，确定爆炸系统参数有一定困难，另外在化工等部门的生产现场，在安全和准行手续上也有阻力。
本发明的目的在于提供一种在大面积范围内获得均匀的压缩残余应力的方法，该方法实施简单，安全可靠。
本发明提供了一种防止焊接结构应力腐蚀开裂技术，其特征在于采用逆焊接温差处理技术，即首先将待处理区加热到50～500℃，再向接触介质的工作面一侧喷淋水、液氮等冷却介质，待处理区可以是焊接区或其它可能产生应力腐蚀开裂的区域。
众所周知，焊接加热过程中，焊接热源使焊接区与其相临区形成一个瞬态的正温差(即焊接区温度高于临区)。当温差超过一定数值时，焊接高温区的热膨胀要受到临区限制，产生塑性压缩形变。当焊接结束温差消失后，焊接区将产生残余拉伸应力。逆焊接温差处理就是采用与焊接热过程相反的方法，采用一种冷源(逆向焊接热源)，使目标区(如容器内表面的焊缝区)与其相临区形成一个瞬态负温差，即目标区的温度低于相临区。当温差超过一定数值时，目标区的冷收缩受临区的限制，产生塑性伸长形变。温差消失后，目标区将产生残余压缩应力，其数值受温差和板厚方向温度梯度的控制。
本发明与现有技术不同之处在于1．本发明应用逆向思维方法，变焊后消除应力处理为焊后逆向焊接温差处理，形成有利的逆向焊接残余应力场，可能成为避免焊接结构应力腐蚀开裂的最好方法。
2．本发明方法可用于容器或管道的所有接触腐蚀介质的焊缝，也可用于接触介质的所有表面，使其形成可控的压应力防护层。
3．与锤击、喷丸相比，本发明方法在处理过程中材料所发生的塑性形变量较小，例如对18-8不锈钢材料，经过逆焊接温差处理所产生的塑性形变量不超过0.2％，因此不影响材料本身的各项力学性能。另外，形成的压应力数值均匀、稳定。
本发明属于与工程应用紧密结合的应用基础性研究，它的完成不仅使焊接力学学科得到发展，而且在防止结构的应力腐蚀领域得到新的开拓，获得有价值的工程应用。总之，本发明可以有效地解决不锈钢、高强钢等各种材料的应力腐蚀开裂问题。由于可以在接触腐蚀介质的表面形成一层压应力，并且产生不超过0.2％的塑性形变，从而不影响材料的性能，可望成为解决各类容器、管道等焊接结构应力腐蚀开裂的最好方法，从而延长设备使用寿命，节省设备投资，增加经济效益。
下面通过实施例详述本发明。
附
图1为12mm厚18-8不锈钢焊接试板焊后开裂形貌照片。
附图2为12mm厚18-8不锈钢焊接试板温差处理后应力腐蚀开裂形貌照片。
实施例1在500×400×36mm的CF62高强钢焊接试板上，采用水作冷源，加热试板至350℃然后延焊缝方向喷淋冷却，喷淋宽度为100mm，结果见表1。可以很容易地将处理面的原始拉伸焊接残余应力(596/155MPa)转变为压缩残余应力(-160/-111MPa)。
实施例2在400×300×12mm的18-8不锈钢焊接试板上，采用水作冷源，加热试板至450℃然后喷淋冷却，喷淋宽度为80mm，结果见表2。可以将处理面的拉伸残余应力(299/7MPa)转变成压缩残余应力(-70/-70MPa)。处理前后应力腐蚀开裂试验结果见附图1、2。
权利要求
1．一种防止焊接结构应力腐蚀开裂技术，其特征在于采用逆焊接温差处理技术，即首先将待处理区加热到50～500℃，再向接触介质的工作面一侧喷淋水、液氮等冷却介质，待处理区可以是焊接区或其它可能产生应力腐蚀开裂的区域。
全文摘要
一种防止焊接结构应力腐蚀开裂技术,采用逆焊接温差处理技术,即首先将待处理区加热到50～500℃,再向接触介质的工作面一侧喷淋水、液氮等冷却介质,待处理区可以是焊接区或其它可能产生应力腐蚀开裂的区域。本发明可在大面积范围内获得均匀的压缩残余应力,该方法实施简单,安全可靠。
文档编号B23K31/12GK1230476SQ98113879
公开日1999年10月6日 申请日期1998年4月2日 优先权日1998年4月2日
发明者陈怀宁, 陈亮山, 林泉洪, 侯明烈 申请人:中国科学院金属研究所