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堆焊層氫剝離實(shí)驗(yàn)

氫剝離是：由于制作反應(yīng)器本體材料的Cr-Mo鋼和堆焊層用的奧氏體不銹鋼具有不同的氫溶解度和擴(kuò)散速度，導(dǎo)致使用過程在堆焊層過渡區(qū)的堆焊層側(cè)出現(xiàn)很高的氫濃度，由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數(shù)差別較大，造成界面上存在著相當(dāng)可觀的殘余應(yīng)力；加上堆焊層界面處的冶金因素影響(由于制造中焊后熱處理，在境界層上受到析出的碳化物形態(tài)及可能形成沿融合層生長的粗大結(jié)晶的影響等)造成剝離。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM G146-2001(2013)。

剝離發(fā)生的原因

目前比較一致的觀點(diǎn)是：在高溫高壓條件下操作所吸收的氫，在停工時(shí)冷卻過程中會(huì)在基材與堆焊層界面上積存(該界面金相組織比較粗大，且伴生部分σ相或馬氏體組織)，氫濃度較高。另外，基材與堆焊層的熱膨脹系數(shù)相差較大，熱應(yīng)力相應(yīng)較大。氫和應(yīng)力的綜合作用容易誘發(fā)剝離。反應(yīng)器基材與堆焊層界面間的剝離現(xiàn)象，本質(zhì)上也是一種氫脆(氫致裂紋)，宏觀下是沿晶界層發(fā)展的，屬于兩種不同材質(zhì)在晶界面上因殘留氫而引起的氫脆開裂。

防止堆焊層氫致剝離的對(duì)策

1、降低界面上的氫濃度；

2、減輕殘余應(yīng)力；

3、設(shè)法使堆焊層熔合線附近的組織具有較低的氫脆敏感性；

4、嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，盡量避免非計(jì)劃的緊急停車；

5、在正常停工時(shí)應(yīng)采取能使氫盡可能從器壁內(nèi)釋放出去的停工條件。

防止氫脆的對(duì)策：

不僅要有正確的設(shè)計(jì)與選材，而且與正確的制造工藝和正確的操作維護(hù)關(guān)系極大。對(duì)常規(guī)21/4Cr-1Mo鋼的防護(hù)措施 抗拉強(qiáng)度Rm≤690MPa；屈服強(qiáng)度Rel≤620MPa；硬度≤220HB從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少應(yīng)變幅度(如構(gòu)件與母材作成一體結(jié)構(gòu)，降低熱應(yīng)力，避免應(yīng)力集中等)；制造中應(yīng)充分消除殘余應(yīng)力，使負(fù)荷應(yīng)力降低。并通過無損檢測(cè)消除宏觀缺陷等。其實(shí)，涉及到的學(xué)問實(shí)在是太多了，包括熱處理工藝?yán)?，使用加釩鋼，焊接工藝等等 。

基于ASTM  G146-01關(guān)于熱壁加氫反應(yīng)器堆焊層與基材之間抗氫致剝離特性的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)程序，包括試樣尺寸確定、熱處理、超聲檢測(cè)、清洗、除氣、壓力試驗(yàn)、充氫、試塊切割、金相檢測(cè)等。 

熱壁加氫反應(yīng)器在使用一定時(shí)間后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)制造時(shí)結(jié)合良好的堆焊層發(fā)生與主體局部分離的現(xiàn)象,稱之為堆焊層的剝離。 剝離發(fā)生的原因，目前比較一致的觀點(diǎn)是：在高溫高壓條件下操作所吸收的氫，在停工時(shí)冷卻過程中會(huì)在基材與堆焊層界面上積存(該界面金相組織比較粗大，且伴生部分σ相或馬氏體組織)，氫濃度較高。另外，基材與堆焊層的熱膨脹系數(shù)相差較大，熱應(yīng)力相應(yīng)較大。氫和應(yīng)力的綜合作用容易誘發(fā)剝離。反應(yīng)器基材與堆焊層界面間的剝離現(xiàn)象，本質(zhì)上也是一種氫脆(氫致裂紋)，宏觀下是沿晶界層發(fā)展的，屬于兩種不同材質(zhì)在晶界面上因殘留氫而引起的氫脆開裂。 影響抗剝離性能的因素是多方面的，許多機(jī)理仍在探索之中，因此，該試驗(yàn)研究目前在國內(nèi)外都是一個(gè)重點(diǎn)方向。

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