1、壓力容器的焊后熱處理摘要：介紹化工壓力容器焊后需要熱處理的原因以及熱處理的方法、使用條件及過程特征。、尸、 亠前言壓力容器是石油、化工等行業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用十分廣泛的重要設(shè)備之一。隨著各 個領(lǐng)域的技術(shù)進步，壓力容器設(shè)備朝著大型化方向發(fā)展，所使用的材料也更加 高強化和壁厚化，焊接后的熱處理技術(shù)對于制造出高質(zhì)量、可靠的設(shè)備起著重 要作用。壓力容器進行焊后熱處理的原因所謂焊后熱處理，廣義地講就是在工件焊完之后對焊接區(qū)域或焊接構(gòu)件進 行熱處理，其內(nèi)容包括消除應(yīng)力退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、 回火、低溫消除應(yīng)力、調(diào)質(zhì)等。狹義地講焊后熱處理僅指消除應(yīng)力退火，即為 了改善焊接區(qū)的性能和消除焊接殘余應(yīng)力，

2、減少脆性破壞和疲勞破壞等有害影 響，從而對焊接區(qū)及有關(guān)部位在金屬相變溫度點以下均勻而又充分地加熱，并 保持一定的時間，然后又均勻冷卻的過程。壓力容器焊接時，當(dāng)母材相鄰區(qū)域產(chǎn)生溫差大于100C的急劇溫度梯度時,在鐵素體鋼或相當(dāng)?shù)钠渌牧现幸鸩痪鶆虻乃苄詰?yīng)變，而在隨后的冷卻過程 中，將產(chǎn)生一個峰值應(yīng)力達到屈服點的殘余應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力與焊縫中的氫相 結(jié)合時，將促使熱影響區(qū)硬化，由此而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。焊制的壓力容器，焊接區(qū)存在著較大的殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的不利影響，在一定的條件下表現(xiàn)出來，主要在以下場合中出現(xiàn)：a 容器高、低溫使用；b 耐壓試驗時；c 由焊接引起的母材淬硬。殘余在焊縫中

3、的應(yīng)力與介質(zhì)的腐蝕作用相結(jié)合時，將引起裂紋狀腐蝕，焊 接殘余應(yīng)力即是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的重要因素。焊后熱處理的方法為了提高斷裂韌性、降低殘余應(yīng)力水平，以增加抗脆斷的能力，軟化材料組織消除應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，對壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)要進行焊后熱處理， 其主要目的：a 釋放焊接過程中參與的應(yīng)力；b 修整焊接處的形狀、減少應(yīng)力集中系數(shù)；c 改善母材的金屬塑性，降低熱影響區(qū)硬度；d 提高斷裂韌性；e 改善疲勞強度；f 恢復(fù)或提高機械成型中降低的屈服強度；g 提高抗應(yīng)力腐蝕的能力。焊后熱處理按施工方法可分為爐內(nèi)熱處理和爐外熱處理，爐外熱處理又可 分為爐外整體熱處理和局部熱處理。爐內(nèi)焊后熱處理爐內(nèi)焊后熱處理，

4、原則上被加熱工件一次整體入爐，當(dāng)容器長度大于退火 爐不能一次入爐時，也可在一定附加條件下分兩次或兩次以上入爐。為消除壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，將工件封閉在爐內(nèi)進行加熱是最 理想的方法。優(yōu)點為加熱溫度均勻、溫差小、易控制、保溫效果好。由于加熱 方法、工件尺寸和形狀對熱的流動和吸收有重大影響，故必須對熱處理操作的 某些參數(shù)加以控制才能達到預(yù)期效果。一般需控制的參數(shù)有：加熱速度、冷卻 速度、保溫時間、溫度梯度、裝爐和出爐溫度等，這些參數(shù)制造標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī) 定。爐外焊后熱處理爐外整體焊后熱處理，就是對不能進入加熱爐的球形、圓筒形大型壓力容 器，在安裝現(xiàn)場組裝焊接后，以容器殼體本身為加熱爐，將其整體加

5、熱保溫而 進行的焊后熱處理。在實施爐外整體焊后熱處理時，必須考慮殼體在加熱保溫 時的自支承能力，并且被加工殼體的支撐結(jié)構(gòu)和底座應(yīng)避免因熱脹冷縮而受到 影響。爐外整體焊后熱處理多數(shù)情況下采用燒嘴加熱和電加熱的方式。爐外局部焊后熱處理，主要適用于大型壓力容器等不能整體爐內(nèi)加熱，或 由于運輸上的限制必須在基地現(xiàn)場組裝的筒體、接管或管道焊接環(huán)縫，以及局 部修補焊接區(qū)。局部加熱往往產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，為了減少這種熱應(yīng)力造成的 不良影響，一般將壓力容器筒體或接管的整體焊接區(qū)所處的圓周環(huán)形帶進行焊 后熱處理。局部焊后熱處理的加熱方法采用電加熱或用燃油燒嘴加熱方式。 焊后熱處理的使用條件焊接的壓力容器是否需要做

6、焊后熱處理，應(yīng)從容器的用途、尺寸（特別是 壁板厚度）、所用材料的性能以及工作條件等方面綜合考慮決定。 有下列情況之 一的，應(yīng)考慮焊后熱處理：a 使用條件苛刻，如在低溫下工作有發(fā)生脆性斷裂危險的厚壁容器，承受 較大載荷和交變載荷的容器；b 厚度超過一定限度的焊制壓力容器，包括鍋爐、石油化工壓力容器等有 專門規(guī)程、規(guī)范的；c 對尺寸穩(wěn)定性要求較高的壓力容器；d 由淬硬傾向大的鋼材制造的容器；e 有應(yīng)力腐蝕開裂危險的壓力容器；f 其他有專門規(guī)程、規(guī)范以及圖樣予以規(guī)定的壓力容器。焊后熱處理過程特征 為了消除靠近焊縫的區(qū)域內(nèi)形成達到屈服點的殘余應(yīng)力，焊接工件被加熱 到500600C而后再緩慢冷卻對壓力容

7、器性能能產(chǎn)生良好的效果。應(yīng)力的降低 起因于高溫下的蠕變，在碳鋼中從 450C開始出現(xiàn)，溫度越高，應(yīng)力越易于消 除。但是一旦超過鋼材的原始回火溫度，鋼的強度便要降低。所以消除應(yīng)力的 熱處理一定要掌握好溫度和時間兩個要素，缺一不可。在焊件內(nèi)應(yīng)力中，總是伴生著拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力，應(yīng)力與彈性變形同時 存在。當(dāng)鋼材的溫度升高，屈服強度下降，原有的彈性形變會變成塑性形變， 從而使應(yīng)力松馳。加熱溫度越高，內(nèi)應(yīng)力消除越充分，但溫度過高時將使鋼材 表面嚴(yán)重氧化。另處，對于調(diào)質(zhì)鋼的焊后熱處理溫度，應(yīng)以不超過鋼材原回火 溫度為原則，一般比鋼材原回火溫度低30C左右，否則材料就會失去調(diào)質(zhì)效果， 強度和斷裂韌性就會降低

8、。內(nèi)應(yīng)力的焊后熱處理溫度越高，鋼材軟化程度越大，通常加熱到鋼材的再結(jié)晶溫度與熔化溫度有密切關(guān)系，一般情況下，再結(jié)晶溫度K=0.4x（熔化溫度） 熱處理溫度越接近再結(jié)晶溫度，消除殘余應(yīng)力越有效。焊后熱處理綜合效果的考慮壓力容器有無焊后熱處理，必須根據(jù)材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接工藝、使用目的和 環(huán)境條件等因素考慮。焊后熱處理在改善組織性能、降低殘余應(yīng)力、提高壓力 容器制造質(zhì)量上有良好的效果，但應(yīng)用不當(dāng)會出現(xiàn)如母材或焊縫再熱裂紋或新 的殘余應(yīng)力等。試件的沖擊韌性試驗表明，焊后熱處理對熔敷金屬和焊接熱影 響區(qū)的韌性提高不利，有時在焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化范圍內(nèi)還可能發(fā)生晶間 開裂。再則，焊后熱處理是依靠在高溫下材料強度的降低來實現(xiàn)消除應(yīng)力的， 因此，在焊后熱處理時，結(jié)構(gòu)有可能失去剛性，對于采取整體或局部焊后熱處 理的結(jié)構(gòu)，熱處理前，必須考慮焊件在高溫下的支承能力。所以在考慮是否進 行焊后熱處理時，應(yīng)將熱處理的有利和不利兩個方面綜合比較。焊后熱處理須針對具體情況做具體分析并慎重對待。對不允許進行施焊后 熱處理的壓力容器，要認(rèn)真、仔細(xì)地分析材料特點，嚴(yán)格掌握施焊施工條件和 管理；對需要進行熱處理的壓力容器，要選擇最佳節(jié)的加熱溫度、加熱速度、 冷卻速度、入爐和出爐溫度等參數(shù)，