压力容器的热处理

一、压力容器在制作进程中，将带来以下问题：因为过量的冷卷、冷矫形等冷加工引起的冷作硬化。因为焊接引起的焊缝区安排和功能的改变。因为焊接发作剩余应力以及由此而导致的应力腐蚀裂纹的发作和开展。 压力容器焊接时，当母材相邻区域发作一温差大于100度的急剧温度梯度时，在铁素体钢或相当的其他资料中引起不均匀的塑性应变，而在随后的冷却进程中，将发作一个峰值应力到达屈从点的剩余应力场。 别的，因为压力容器制作中的不均匀塑性应变导致在弹性-塑性资料中发作剩余应变，而剩余应变可所以来自机械的（首要是冷卷、冷矫形等冷加工）热力的（首要是焊接进程发作的），或者两者兼有的原因，也就是热机械的原因。 因而，在压力容器加工完结的最终产品中将留下剩余弹性应变场，并接受相应的弹性剩余应力。剩余应力的存在，将影响压力容器的使用功能。为了消除焊接区峰值应变，到达内应变均匀分布这一意图，能够采纳多种办法，如机械震动法、焊后加热法等。然而，因为压力容器中许多潜在的问题首要来自焊缝区的冶金损伤，所以，选用机械办法以下降内应变的手法现已不足以预防日后运转进程中或许出现的许多问题。别的，金属的氢脆现象现已比较为人们所重视。氢进入钢今后，机械功能会发作显着的变坏。强度和塑性显着下降，溶解于金属晶格中的氢，使钢在缓慢变形时发作脆性破坏。金属资料中的氢可所以在金属资料生产工艺进程中吸收的，如金属在焊接时液态金属吸收的氢保留在焊缝中，也或许是资料在氢环境中服役吸收的氢。关于焊缝中吸收的氢，比较有用的消除办法就是进行焊后热处理，它既能够到达松弛和平缓焊接剩余应力，改进因焊接而被硬化及脆化的焊接热影响区，进步焊缝金属的延性和断裂韧性，也能够使焊接区及附近的氢等有害气体分散逸出。 压力容器选用的热处理办法有两类：一类为改进机械功能的热处理，一类为焊后热处理（PWHT）。 广义地说，焊后热处理就是在工件焊完之后对焊接区域或焊接构件进行的热处理。起内容包含消除应力退火、彻底退火、固熔、正火、正火加回火、回火、低温消除应力、析出热处理等。狭义地说，焊后热处理仅指消除应力退火，即为了改进焊接区的功能和消除焊接剩余应力等有害影响，然后对焊接区及有关部位在金属相变2温度点以下均匀而有充分地加热，然后又均匀冷却的进程。许多状况下所讨论的焊后热处理实质上就是焊后消除应力热处理。 
二、焊后热处理（简称PWHT）的意图： 1.松弛焊接参与应力 2.安稳结构的形状和尺度，削减畸变。 3.改进母材、焊接区的功能，包含a.进步焊缝金属的塑性。b.下降热影响区硬度。c.进步断裂韧性。d.改进疲劳强度。e.恢复或进步冷成型中下降的屈从强度。 4.进步抗应力腐蚀的才能。 5.进一步开释焊缝金属中的有害气体，尤其是氢，避免推迟裂纹的发作。 
三、PWHT必要性的判别： 压力容器有无焊后热处理的必要，在设计上应加以明确规则，现行的压力容器设计标准对此有要求。 焊制的压力容器，焊接区存在着较大的剩余应力，而剩余应力的晦气影响，在一定的条件下才表现出来。当剩余应力与焊缝中的氢相结合时，将促进热影响区硬化，导致冷裂纹和推迟裂纹的发作。残存在焊缝中的静应力或负载运转中的动载应力与介质的腐蚀作用相结合时，将有或许引起裂纹状腐蚀，即所谓应力腐蚀。焊接剩余应力及由焊接引起的母材淬硬是发作应力腐蚀裂纹的重要因素。研究结果表明，变形和剩余应力对金属资料的首要影响，在于使金属从均匀腐蚀改变为局部腐蚀，即改变为晶间或穿晶腐蚀。当然，金属的腐蚀决裂和晶间腐蚀均出现在对该种金属具有一定特性的介质中。 在剩余应力存在的状况下，依据侵蚀性介质的成分、浓度和温度的不同，以及母材与焊接区的成分、安排、外表状况、应力状况等存在的差异而有所不同，然后，使腐蚀破坏的性质或许改变。 焊接的压力容器是否需要做焊后热处理，应从容器的用途、尺度（特边是壁板厚度），所用资料的功能以及作业条件等方面归纳考虑决议。有下列状况之一的，应考虑焊后热处理： 1.使用条件严苛，如在低温下作业有发作脆性断裂风险的厚壁容器，接受较大载荷和交变载荷的容器。 2.厚度超越一定限度的焊制压力容器。包含锅炉、石油化工压力容器等有专门规程、标准的。 3.对尺度安稳性较高的压力容器。4.由淬硬倾向大的钢材制作的容器。 5.有应力腐蚀开裂风险的压力容器。 6.其他有专门规程、标准以及图样予以规则的压力容器。 在钢制焊接压力容器中，在靠近焊缝的区域内构成到达屈从点的剩余应力。这种应力的发作与拌有奥氏体的安排改变有关。许多研究者指出，为了消除焊后的剩余应力，650度的回火对钢制焊接压力容器能发作良好的影响。一起以为，如果在焊后不进行恰当的热处理，就始终不能得到耐腐蚀的焊接接头。 一般以为，消除应力热处理属于焊接工件被加热到500-650度而后再缓慢冷却的进程。应力的下降起因于高温下的蠕变，在碳钢中从450度开始出现；在含钼的钢中，从550度开始出现。温度越高，应力越易于消除。可是一旦超越钢材的原始回火温度，钢的强度便要下降。所以消除应力的热处理一定要掌握好温度和时刻两个要素，缺一不可。 然而在焊件内应力中，总是伴生着拉伸应力与紧缩应力，应力与弹性变形一起存在。当钢材的温度升高，屈从强度下降，原有的弹性形变会变成塑性形变，然后是应力松弛。加热温度越高，内应力消除越充分。但温度过高时将使钢材外表严重氧化。别的，关于调质钢的PWHT温度，应以不超越钢材原回火温度为准则，一般比钢材原回火温温度低30度左右，否则资料就会失掉调质作用，强度和断裂韧性就会下降。这一点关于热处理作业者来说，应予以特边重视。 消除内应力的焊后热处理温度越高，钢材软化程度越大，一般加热到钢材的再结晶温度，内应力就可消除，再结晶温度与熔化温度有密切关系。一般地，再结晶温度K=0.4X熔化温度（K）。热处理温度越接近再结晶温度，消除剩余应力越有用。 
四、PWHT归纳作用的考虑 焊后热处理并非是绝对有利的。一般状况下，焊后热处理有利于平缓剩余应力，并对应力腐蚀有严格要求的状况下才进行。可是，试件的冲击韧性试验表明，焊后热处理对熔敷金属和焊接热影响区的韧性进步晦气，有时在焊接热影响区的晶粒粗化范围内还或许发作晶间开裂。再则，PWHT是依靠在高温下资料强度的下降来实现消除应力的，因而，在PWHT时，结构有或许失掉刚性，关于采纳全体或局部PWHT 的结构，热处理前，有必要考虑焊件在高温下的支承才能。所以，在考虑是否进行焊后热处理时，应将热处理的有利和晦气两个方面归纳比较。从结构功能上来看，有使功能进步的一面，也有使功能下降的一面，应在归纳考虑两方面的基础作业上做出合理的判别