极端条件下重大承压设备焊接残余应力调控关键技术

发布者:李庆喆发布时间:2023-03-07浏览次数:194

极端条件下重大承压设备焊接残余应力调控关键技术

一、成果简介

(一)成果概述

针对我国“千万吨炼油、百万吨乙烯”和炼化一体化的重大战略背景及山东省炼化产业面临向规模化、大型化转型升级的迫切需求,承压设备向极端服役环境和超大直径、超大壁厚发展,但残余应力控制要求更高,大型化后残余应力更难消除而导致开裂事故频发的关键技术难题,提出了面向重大承压设备本质安全的焊接形性调控理论,形成焊接和热处理调控效果评价、低应力小变形焊接、局部焊后热处理应力调控三类核心技术,打破了国外技术垄断,实现了重大承压设备制造技术的创造性突破。研究成果在中国一重、二重、兰石重装、宁波天翼、中石油七建、山东齐鲁石化机械制造公司等重型承压设备制造单位推广应用,支撑了全球首台3000吨超级浆态床加氢反应器、2400吨沸腾床及浆态床加氢反应器、2000吨级煤液化反应器、世界最大塔器等重型装备制造。

(二)技术特点及技术指标

表1 与国内外同类先进技术的综合比较(残余应力计算及测试技术方面)

技术名称

比较对象

对比项目

同类技术水平

本成果技术指标

水平对比

多场耦合计算模型

热弹塑性

模型

残余应力计算精度

未考虑多场耦合,精度低

提高30%

优于

中子衍射测试技术

韩国原子

能院

测试厚度

50mm

80mm

明显优于

压痕法残余应力

测试

韩国FRONTICS公司

双向残余应力

无法测试

可测试

明显优于

便携性

高295mm,重4Kg

高160mm,重3Kg

明显优于

表2 与国内外同类先进技术的综合比较(焊接过程调控方面)

技术名称

比较对象

对比项目

同类技术水平

本成果技术指标

水平对比

基于应力控制的窄间隙埋弧焊

 常规窄间隙埋弧焊

残余应力

近屈服强度

降低20%

优于

焊接效率

/

提高35-45%

明显优于

大面积带极电磁调控堆焊

常规带极堆焊

残余应力

近屈服强度

降低40%

明显优于

堆焊效率

/

提高50%

明显优于

凸台复合堆焊

凸台埋弧堆焊

残余应力

近屈服强度、易开裂

降低20%、

不开裂

优于

   表3 与国内外同类先进技术的综合比较(局部热处理调控方面)

技术名称

比较对象

比较项目

同类技术水平

本成果技术指标

水平对比

主副加热局部热处理

常规局部热处理

残余应力

内表面拉应力

内表面压应力

明显优于

电磁感应加热

火焰、

热效率、成本

火焰热效率20%,陶瓷片40%;

能耗成本高

热效率92%,能耗成本降低70%(分别)

明显优于

陶瓷片加热

步进式控温方法

单区控温

控温精度

均温区温差±14℃(国际标准)

±20℃(国内标准)

均温区温差±10℃

明显优于

 

二、技术成熟程度

研制开发阶段,形成样机、样品或软件

 

三、推广合作方式

整体转让、作价入股、合作开发

 

四、团队简介

团队面向石油、化工、核电、航空航天等工业领域,从事超大型承压设备可靠性设计制造、微小型化学机械系统、极端条件下能源和化工等方面的研究。团队入选首批山东省青年科技创新团队计划,研究成果实现了工业化应用,焊接形性调控技术已成为重大承压设备制造的一项关键共性技术。近五年获批国家级、省部级项目10余项,其中国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目各1项,发表论文150余篇,授权中国发明专利38件、美国发明专利2件,出版专著2部,制定国家标准1项、团体标准1项,另外3项团体标准已立项。获省部级科技进步一等奖2项、技术发明一等奖1项、中国专利优秀奖1项。已培养博士生7人,毕业硕士生45人。目前,在读博士生14人,在读硕士生32人。

 

    五、专利授权及申请情况

1、国家发明专利:超大结构的焊接残余应力及变形的集成计算方法(授权)

2、国家发明专利:一种基于残余应力调控的大型容器耐蚀层宽带极堆焊方法(授权)

3、团体标准:承压设备局部焊后热处理规程(发布)

4、国家发明专利:一种基于轮廓法测试残余应力的方法及配套装置(授权)

5、国家发明专利:一种基于压入能量差测试残余应力的方法(授权)

6、国家发明专利:主副加热调控残余应力局部热处理方法(授权)

7、国家发明专利:大型压力容器局部热处理方法(授权)

8、国家发明专利:焊接等连续冷却条件下贝氏体相变计算系统(授权)

 

六、受资助及获奖情况

1、国家重点研发计划子课题合作任务,严苛环境下典型承压设备的损伤机理及预测模型,2018YFC0808801,2018-2021;

2、中国石油和化学工业联合会科学技术进步奖,一等奖,面向大型承压设备本质安全的焊接形性调控关键技术及应用,2019。

 

联系方式:0532-86983018。