Effect of heat treatments on residual stresses of a welded nozzle

The focus of this dissertation is to study the effects of different heat treatment processes performed on a pressure vessel and their impact on the residual stresses. These heat treatments are carried out on the vessel to ensure safe working conditions (according to safety standards regulated by engineering authorities backed by legislation) and longer life of the vessel. This research also focuses to provide additional recommendations, applicable to welding with F22V (Grade 22;2.25Cr-1Mo-V steel) steel using Submerged arc welding, in order to ensure sound welds and satisfactory service properties of welded joints. The research was initiated by understanding the manufacturing process of a pressure vessel and the complexities involved during the whole operation. One of the complex part of the whole unit is the Pressure nozzle(our area of interest).The base material used for pressure vessel in this thesis is F22V.One of the most difficult step during the entire manufacturing process is the "Nozzle-Insertion". It requires various operations like hole drilling, welding, and grinding of the surface which eventually leads to the creation of high residual stresses.These stresses, if not controlled can cause unwanted failure of the vessel which can further lead to hazardous and fatal situation. To avoid this, we have application of heat treatments [DHT (Dehydrogenation heat treatment), ISR (Intermediate stress relieving) and PWHT (Post-weld heat treatment)] on the vessel.These treatments are expensive and takes a major percentage of the total process cost.This thesis focuses to understand the impact of individual heat treatment process on the stresses and it further attempts to eliminate one of the heat treatment processes and still ensure a safer pressure vessel design,thus achieving reduction in the total cost of manufacturing.

L'obiettivo di questa tesi è studiare gli effetti dei diversi processi di trattamento termico eseguiti su un recipiente a pressione e il loro impatto sugli stress residui. Questi trattamenti termici vengono effettuati sulla nave per garantire condizioni di lavoro sicure (secondo gli standard di sicurezza regolati dalle autorità di ingegneria sostenute dalla legislazione) e una maggiore durata della nave. Questa ricerca si concentra anche su raccomandazioni aggiuntive, applicabili alla saldatura con acciaio F22V (grado 22; acciaio 2.25Cr-1Mo-V) mediante saldatura ad arco sommerso, al fine di garantire saldature solide e proprietà di servizio soddisfacenti dei giunti saldati. La ricerca è stata avviata comprendendo il processo di fabbricazione di un recipiente a pressione e le complessità coinvolte durante l'intera operazione. Una delle parti complesse dell'intera unità è l'ugello a pressione (la nostra area di interesse). Il materiale di base utilizzato per il recipiente a pressione in questa tesi è F22V. Una delle fasi più difficili durante l'intero processo di produzione è "Inserimento ugelli" ". Richiede varie operazioni come la perforazione del foro, la saldatura e la rettifica della superficie che alla fine porta alla creazione di elevate sollecitazioni residue.Queste sollecitazioni, se non controllate, possono causare guasti indesiderati della nave che possono ulteriormente portare a situazioni pericolose e fatali. Per evitare ciò, abbiamo applicato sulla nave trattamenti termici [DHT (trattamento termico di deidrogenazione), ISR (Intermediate antistress) e PWHT (trattamento termico post-saldatura)]. Questi trattamenti sono costosi e richiedono una percentuale maggiore del totale costo di processo Questa tesi si concentra sulla comprensione dell'impatto del singolo processo di trattamento termico sulle sollecitazioni e tenta inoltre di eliminare uno dei processi di trattamento termico e di garantire comunque una progettazione più sicura del recipiente a pressione, ottenendo così una riduzione del costo totale di produzione.