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壓力容器熱處理

詳細說明

壓力容器的熱處理

壓力容器采用的熱處理方法有兩類：一類為改善機械性能的熱處理，一類為焊后熱處理（PWHT）。

廣義地說，焊后熱處理就是在工件焊完之后對焊接區域或焊接構件進行的熱處理。起內容包括消除應力退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、回火、低溫消除應力、析出熱處理等。狹義地說，焊后熱處理僅指消除應力退火，即為了改善焊接區的性能和消除焊接殘余應力等有害影響，從而對焊接區及有關部位在金屬相變2溫度點以下均勻而有充分地加熱，然后又均勻冷卻的過程。許多情況下所討論的焊后熱處理實質上就是焊后消除應力熱處理。

一、焊后熱處理（簡稱PWHT）的目的

焊后熱處理的目的有：

1.松弛焊接參與應力

2.穩定結構的形狀和尺寸，減少畸變。

3.改善母材、焊接區的性能，包括a.提高焊縫金屬的塑性。b.降低熱影響區硬度。c.提高斷裂韌性。d.改善疲勞強度。e.恢復或提高冷成型中降低的屈服強度。

4.提高抗應力腐蝕的能力。

5.進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，尤其是氫，防止延遲裂紋的發生。

二、PWHT必要性的判斷

壓力容器有無焊后熱處理的必要，在設計上應加以明確規定，現行的壓力容器設計規范對此有要求。

焊制的壓力容器，焊接區存在著較大的殘余應力，而殘余應力的不利影響，在一定的條件下才表現出來。當殘余應力與焊縫中的氫相結合時，將促使熱影響區硬化，導致冷裂紋和延遲裂紋的產生。殘存在焊縫中的靜應力或負載運行中的動載應力與介質的腐蝕作用相結合時，將有可能引起裂紋狀腐蝕，即所謂應力腐蝕。焊接殘余應力及由焊接引起的母材淬硬是產生應力腐蝕裂紋的重要因素。研究結果表明，變形和殘余應力對金屬材料的主要影響，在于使金屬從均勻腐蝕轉變為局部腐蝕，即轉變為晶間或穿晶腐蝕。當然，金屬的腐蝕破裂和晶間腐蝕均出現在對該種金屬具有一定特性的介質中。

在殘余應力存在的情況下，根據侵蝕性介質的成分、濃度和溫度的不同，以及母材與焊接區的成分、組織、表面狀態、應力狀態等存在的差異而有所不同，從而，使腐蝕破壞的性質可能改變。

焊接的壓力容器是否需要做焊后熱處理，應從容器的用途、尺寸（特邊是壁板厚度），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，應考慮焊后熱處理：

1.使用條件苛刻，如在低溫下工作有發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。

2.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程、規范的。

3.對尺寸穩定性較高的壓力容器。

4.由淬硬傾向大的鋼材制造的容器。

5.有應力腐蝕開裂危險的壓力容器。

6.其他有專門規程、規范以及圖樣予以規定的壓力容器。

在鋼制焊接壓力容器中，在靠近焊縫的區域內形成達到屈服點的殘余應力。這種應力的產生與拌有奧氏體的組織轉變有關。許多研究者指出，為了消除焊后的殘余應力，650度的回火對鋼制焊接壓力容器能產生良好的影響。同時認為，如果在焊后不進行適當的熱處理，就始終不能得到耐腐蝕的焊接接頭。

一般認為，消除應力熱處理屬于焊接工件被加熱到500-650度而后再緩慢冷卻的過程。應力的降低起因于高溫下的蠕變，在碳鋼中從450度開始出現；在含鉬的鋼中，從550度開始出現。溫度越高，應力越易于消除。但是一旦超過鋼材的原始回火溫度，鋼的強度便要降低。所以消除應力的熱處理一定要掌握好溫度和時間兩個要素，缺一不可。