液化石油气球罐补焊及多次热处理技术的研究

摘要

在液化石油气球罐中出现的裂纹绝大部分与湿硫化氢腐蚀有关，对裂纹部位，一般采用局部打磨、补焊，然后进行整体或局部焊后热处理，使经过再制造修复后的球罐能够继续安全可靠地运行。
　　 由于补焊使得焊接部位的焊接残余应力更为复杂，而且补焊后的热处理有可能导致材料性能的下降，因此，本文主要针对国内常用的16MnR和SPV50Q两类液化石油气球罐钢，通过试验和数值模拟的方法，对其补焊后的焊接残余应力状态以及多次热处理后材料的力学性能和腐蚀性能进行研究。
　　 论文研究主要内容和结论如下：
　　 (1)采用了常温拉伸试验和冲击韧性试验及金相法，研究了热处理前后16MnR和SPV50Q钢焊接接头的力学性能和微观组织。结果表明，经过多次热处理后，两类钢强度水平变化不大；16MnR钢的冲击韧性得到改善；SPV50Q钢的却有所降低；母材、热影响区和焊缝金属组织不受热处理的影响。
　　 (2)利用有限元软件ABAQUS，分别模拟了在16MnR钢焊接接头中心以及熔合区线附近进行补焊产生的残余应力。结果表明，焊态下，在焊缝及热影响区，残余应力的值较大；在远离焊缝及热影响区的区域，应力逐渐降低。当在焊缝中心补焊时，靠近补焊区域周围的原焊缝及热影响区，补焊后，纵向残余应力降低，而横向应力增加，而沿着板厚度方向的应力较小；而远离原焊缝及热影响区的区域残余应力基本上不受补焊的影响。当在熔合线上补焊时，在补焊区域周围的原焊缝及热影响区，补焊后，纵向应力和横向应力的值明显降低，且局部位置由拉应力转变成压应力；远离原焊缝及热影响区的地方残余应力基本上不受补焊的影响。
　　 (3)在含H2S的5wt.％NaCl-0.5wt.％HAc溶液中，通过动电位扫描技术对经过一次或多次热处理16MnR和SPV50Q钢焊接部位母材、热影响区和焊缝金属的电化学腐蚀特性进行研究。结果表明，多次热处理对16MnR钢焊接接头的母材和热影响区腐蚀特性的影响不是很大，而对焊缝金属区域腐蚀性能有一定的恶化作用；热处理对SPV50Q钢焊接接头各区金属的耐腐蚀性能影响不大，其母材总是具有相对于焊缝金属和热影响区金属更好的耐蚀性。
　　 (4)采用慢应变拉伸速率法，研究经历多次热处理SPV50Q钢焊接接头在含H2S的介质环境条件下的应力腐蚀特性。试验结果表明经过多次热处理的SPV50Q钢焊接接头在湿硫化氢环境下的应力腐蚀开裂敏感性明显降低，从而对环境断裂行为有一定的改善作用。