Диссертация (1143676), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Полученное температурное полезаготовки представлено на рисунке 4.8.Температура, °СРисунок 4.8 - Начальное температурное поле обечайки и температуры вконтрольных точках при нагреве на послесварочный отпуск в печи. Точки 1-3 набелой осевой линии соответствуют положению продольного шва обечайки.125Контрольные точки на рисунках 4.8-4.10 расположены следующим образом:№1 - по оси шва, на глубине 55 мм от поверхности и на расстоянии 20 мм от торца(со стороны крышки печи),№2 – по оси шва, на глубине 55 мм от поверхности и на расстоянии 1610 мм отторцов,№3 – по оси шва, на глубине 55 мм от поверхности и на расстоянии 20 мм от торца(со стороны задней стенки печи),№4, №5, №6 - аналогично точкам №№1-3 под углом 180°,№7, №8, №9 - аналогично точкам №№1-3 под углом 90° (со стороны свода печи),№10, №11, №12 - аналогично точкам №№1-3 под углом 90° (со стороны подины).Нагретая обечайка после сварки помещалась в печь для проведениятермической обработки.
В процессе нагрева до температуры выдержкираспределение температуры как в поперечных, так и в продольных сеченияхобечайки неравномерное. Это хорошо видно на температурном поле обечайки намомент выхода печи на температуру выдержки 660°С (рис. 4.9). Однакотемпературное состояние обечайки к моменту выхода на выдержку притемпературе отпуска 660°С (рис.4.9) не зависит от начального распределениятемператур в обечайке после сварки (рис.4.8).
Неравномерное распределениетемпературы в обечайке связано преимущественно с конструкцией печи ирасположением обечайки. Максимальный перепад температур по высоте обечайки107°С наблюдается в области, обращённой к необогреваемому своду печи.Наименьшая температура 452°С в контрольной точке №7 соответствует верхнейчасти торца обечайки, обращённому к необогреваемой крышке печи. Разницатемператур с нижней контрольной точкой №11 на торце (591°С) составляет 71°С.Самая большая разница температур 161°С наблюдается между точкой №7(452°С), расположенной вблизи необогреваемой крышки и верхней стенки печи, иточкой №12 (613°С), расположенной вблизи обогреваемых задней стенки и подиныпечи.
Распределение температуры по длине сварного шва в этот момент составило581-571-610°С (перепад от 10 до 39°С).126Рисунок 4.9 – Температурное поле обечайки и температуры в контрольных точкахна момент выхода печи на температуру выдержки 660°С (10 часов).По мере выдержки при температуре отпуска 660°С неравномерностьтемпературного поля постепенно сглаживается (рис.4.10), при этом перепадтемпературы по длине сварного шва составляет всего 5°С, а максимальный перепадтемператур между контрольными точками составляет всего 29°С.При анализе результатов расчетов по изменению температур при нагреве наотпуск в контрольных точках заготовки обечайки установлено, что нагрев оттемпературы подогрева при сварке до температуры выдержки при отпускесопровождается перепадом температуры, превышающим 55°С по длине шва(рис.4.11 и 4.12).
Необходимо устранить перепады по температуре более 55°С, таккак они приводят к возникновению дополнительных термических напряжений иувеличивают вероятность образования трещин.127Рисунок 4.10 – Температурное поле обечайки и температура в контрольных точкахна момент окончания режима нагрева (~15 часов, ~4,5 часов выдержки притемпературе печи 660°С).700660°С600Температура,°С50035°С/ч400300200крышка100002468101214Время, часытемпература печи№1№2№3№4№5№6№7№8№9№10№11Рис.4 - Изменение температуры в контрольных точках обечайки в процессе нагрева на послесварочный отпуск в печи СДО-45№12Рисунок 4.11 – Изменение температуры в контрольных точках обечайки в процессенагрева на послесварочный отпуск в печи.128700температура печи 660°С650600128Температура,°С35°С/ч550500крышка450151413121110Время, часытемпература печи№1№2№3№4№5№6№7№8№9№10№11№12Рис.5 - Изменение температуры в контрольных точках обечайки в процессе нагрева на послесварочный отпуск в печи СДО-45 (выдержка при 660°С)Рисунок 4.12 – Изменение температуры в контрольных точках обечайки в процессе нагрева на послесварочный отпуск в печи(данные рис.4.11, представленные в большем масштабе для участка выдержки при температуре печи 660°).129Таким образом, в заготовке обечайки во время нагрева до температурыотпуска 660°С обнаружены значительные – более 55°С перепады температуры подлине шва и перепады температуры до 161°С по всей заготовке, что способствуетзначительному повышению уровня напряжений в шве и в заготовке в целом иувеличивает вероятность образования трещин.
С целью уменьшения перепадовтемператур по всей заготовке предлагается применять снижение скорости нагреваи/или введение промежуточной выдержки с целью обеспечения равномерностипрогрева заготовки обечайки во время отпуска, а именно:а) при нагреве на НДТО до 350°С ограничить скорость нагрева/охлаждения нижерасчетных 35°С/ч – не более 30°С/ч;б) ввести в режим промежуточной и окончательной термической обработкипромежуточную выдержку при температуре не более 425°С в случае проведениятермической обработки непосредственно после сварки или после НДТО, при этомпродолжительность выдержки устанавливать в зависимости от фактическойразности температур по объему заготовки – до установления разницы междутемператур по толщине и длине заготовки не более 20°С;в) ограничить скорость нагрева до температуры выдержки при послесварочномотпуске - не более 30°С.Установление предела температуры предварительной выдержки – не более425°С основывается на незначительном влиянии данной температуры наструктуру 2,25Cr-1Mo-V стали и возможностью не учитывать нагревы ниже 425°Спри расчете послесварочных отпусков, в том числе по параметру PLM [12].1304.4.2 Расчет нагрева полукорпуса реактора на промежуточныйпослесварочный отпуск кольцевого шва с учетом промежуточной выдержкиДля определения влияния промежуточной выдержки на равномерностьраспределения температуры использован программный расчет нагрева изделия напослесварочный отпуск в печи.
Расчет выполнен для крупногабаритногополукорпуса реактора, который из-за сочетания разнотолщинных деталей (обечаеки днища) и из-за ограниченного днищем теплообмена имеет бόльшие, чем в случаенагрева отдельной обечайки, перепады температур при термической обработке впечи. Для выполнения расчета использованы следующие условия: Полукорпус реактора состоит из двух обечаек из стали 2,25Cr-1Mo-V (маркиSA-542 Type D Cl.4a) с наружным диаметром 5870 мм и толщиной стенки155 мм и днища с толщиной стенки 90 мм (рис. 4.13). Печь электрическая с нихромовыми нагревателями, расположенными попериметру печи, исключая свод и верхнюю часть передней стенки печи (надкрышкой).
Внутренние габариты печи 14000 х 9000 х 9000 мм (рис. 4.13). Полукорпус реактора расположен в печи симметрично относительно боковыхи передней и задней стенок печи, на подставках высотой 600 мм. Изделие поступает в печь после выполнения кольцевого шва обечайкаобечайка.
В процессе сварки околошовная зона подогревалась резистивныминагревателями, установленными вдоль шва с наружной стороны полукорпуса.Ширина зоны подогрева 310 мм.Рисунок 4.13 – Расположение изделия в печи. Положение нагревателей в печиобозначено красным цветом.131Для определения начального температурного состояния заготовки припосадке в печь на отпуск был сделан расчёт местного подогрева шва в процессесварки. Определено, что после 15 часов подогрева устанавливается стационарныйрежим, подводимое тепло «растекается» по изделию, при этом на внутреннейповерхности температура не превышает 215°С (рис.
4.14).Рисунок 4.14 – Температурное поле изделия после подогрева при сварке:а) общий вид;б) зона кольцевого шва сварки обечаек (наружная поверхность).132При транспортировке изделия в печь в течение 30 минут температурное полевыравнивается, и температура зоны шва не превышает 188°С (рис.4.15).Температура, °СРисунок 4.15 – Температурное поле изделия перед началом режима нагрева в печи.Предварительные расчёты с учётом специфики теплообмена в электрическойпечи, ее размеров и конструкции, а также размеров обрабатываемого изделия,наличие внутренней цилиндрической полости изделия, показали, что самая«холодная» часть заготовки будет находиться на внутренней поверхностиполукорпуса, обращенной к своду печи, на расстоянии ~ 1,8 м от оси шва в сторонуднища (точка 4 на рис.4.16).
Наиболее прогреваемые точки будут находиться насварном шве - с наружной стороны, обращенной к поду печи (точка, диаметральнопротивоположная точке 1 на рис.4.16) и в центре купола днища с наружнойстороны (точка 5 на рис.4.16). В связи с этим, контроль выполнения режима нагреванеобходимо вести по гибким термопарам, закрепленным в наиболее «холодной» инаиболее прогреваемой части.Расчёт распределения температуры во время предварительной выдержкиполукорпуса в печи осуществлялся по режиму:1.
Температура печи при посадке 200°С.1332. Нагрев печи до температуры промежуточной выдержки 400°С со скоростью30°С/ч.3. Выдержка при температуре печи 400°С до установления перепада температур повсему объему изделия менее 20°С.На рисунке 4.16 представлено температурное поле изделия в момент выходана температуру выдержки 400°. Температура всего изделия при этом находится вдиапазоне от 273°С (точка 4) до 339°С (точка 5), и перепад составляет 65°С. Нанаружной поверхности в зоне сварного шва (3000 мм от торца изделия) всё ещёнаблюдается более горячая зона – следствие местного подогрева при сварке.Перепад температур по толщине стенки в этом месте - 13°С (точки 1 и 2).Минимальная температура 273°С по всему изделию наблюдается на внутреннейповерхности обечайки со стороны днища на расстоянии ~ 1,8 м от оси шва, перепадтемпературы по толщине изделия в этом месте 14°С (точка 4).30001800155Температура, °СРисунок 4.16 – Температурное поле изделия в момент выхода на температурувыдержки при 400°С (6,5 ч от начала режима).На рисунке 4.17 представлено температурное поле изделия через 5,5 часоввыдержки при температуре 400°С: температура всего изделия 380-398°С, то естьперепад температур невысокий - менее 18°С.134Температура, °СРисунок 4.17 – Температурное поле изделия после выдержки при температуре печи400°С в течение 5,5 часов (12 ч от начала режима)Для определения эффективности введения промежуточной выдержки притемпературе 400°С в режим послесварочного отпуска выполнен расчет всоответствии со следующими параметрами:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
