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生产许可证：压力容器焊后热处理探讨

文章录入：上海奔烁咨询文章来源：上海奔烁咨询添加时间：2021/11/8

压力容器在生产制造过程中，由于频繁的冷、热卷，使工件内部不断受到拉力和压力，造成应力不均和应力集中，并且在焊接时引起焊缝区组织和性能的变化，致使工件焊缝区有残余应力的产生。部分压力容器在毛坯锻造时，有氢进入钢体，当氢逐渐溶解在金属中后，会使钢的强度和塑性明显降低，使工件产生氢脆的现象，要消除工件中的氢，通常采用的方法就是焊后热处理。
生产实际中容易出现的问题,压力容器在制造过程中，将带来以下问题∶
1、由于过量的冷卷、冷矫形等冷加工引起的冷作硬化。
2、由于焊接引起的焊缝区组织和性能的变化。
3、由于焊接产生残余应力以及由此而导致的应力腐蚀裂纹的产生和发展。
压力容器焊接时，当母材相邻区域产生一温差大于100度的急剧温度梯度时，在铁素体钢或相当的其他材料中引起不均匀的塑性应变，而在随后的冷却过程中，将产生一个峰值应力达到屈服点的残余应力场。
另外，由于压力容器制造中的不均匀塑性应变导致在弹性、塑性材料中产生残余应变，而残余应变可以是来自机械的（主要是冷卷、冷矫形等冷加工），热力的（主要是焊接过程产生的），或者两者兼有的原因。
因此，在压力容器加工完成的最终产品中将留下残余弹性应变场，并承受相应的弹性残余应力。残余应力的存在，将影响压力容器的使用性能。为了消除焊接区峰值应变，达到内应变均匀分布这一目的，可以采取多种方法，如机械振动法、焊后加热法等。然而，由于压力容器中许多潜在的问题主要来自焊缝区的冶金损伤，所以机械方法以降低内应变的手段已经不足以预防日后运行过程中可能出现的诸多问题。另外，金属的氢脆现象已经比较为人们所关注。氢进入钢以后，机械性能会发生明显的变坏。强度和塑性明显降低，溶解于金属晶格中的氢，使钢在缓慢变形时发生脆性破坏。金属材料中的氢可以是在金属材料生产工艺过程中吸收的，如金属在焊接时液态金属吸收的氢保留在焊缝中，也可能是材料在氢环境中服役吸收的氢。对于焊缝中吸收的氢，比较有效的消除方法就是进行焊后热处理，它既可以达到松弛和缓和焊接残余应力，改善因焊接而被硬化及脆化的焊接热影响区，提高焊缝金属的延性和断裂韧性，也可以使焊接区及附近的氢等有害气体扩散逸出。

热处理方法

焊后热处理（消除应力热处理）∶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。其内容包括消除应力退火、完全退火、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，即为了改善焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响，从而对焊接区及有关部位在金属相变温度点以下均匀而有充分地加热，然后又均匀冷却的过程。许多情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。

改善材料性能热处理∶需要通过热处理来达到材料的设计强度、韧性指标的，如螺栓材料35CrMoA，原材料为热轧状态，图样要求使用状态为调质，调质处理提高了材料的性能。

恢复材料性能热处理∶制造中因冷加工成形使材料发生较大变形或组织发生较大变化而影响材料微观组织和力学性能时，或当要求材料的使用热处理状态与供货状态一致，但在制造过程中破坏了材料的供货热处理状态时，应对受压元件进行恢复材料性能热处理。

焊后消氢处理∶是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。

热处理的目的

1. 松弛焊接参与应力。

2.稳定结构的形状和尺寸，减少畸变。
3.改善母材、焊接区的性能，包括提高焊缝金属的塑性、降低热影响区硬度、提高断裂韧性、改善疲劳强度、恢复或提高冷成型中降低的屈服强度。

4.提高抗应力腐蚀的能力。

5.进一步释放焊缝金属中的有害气体，尤其是氢，防止延迟裂纹的发生。

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