壓力容器熱處理必要性的判斷

肖治國　劉艷瓊

摘 要：壓力容器制造中常常用到熱處理工藝，文章僅從焊后熱處理和恢復(fù)性能熱處理兩方面闡述在壓力容器制作過程中如何判斷是否進行壓力容器熱處理。

關(guān)鍵詞：壓力容器；熱處理；冷成形；變形率；殘余應(yīng)力

中圖書分類號：TG441.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0094-02

壓力容器在現(xiàn)代石油化工行業(yè)運用十分廣泛，是現(xiàn)代石油化工行業(yè)生產(chǎn)的重要裝備之一。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，所使用的材料也不斷壁厚化和高強度化，因此，壓力容器制造工藝中常用的熱處理技術(shù)對于制造出高質(zhì)量、可靠的設(shè)備起著重要作用。然而判斷壓力容器有無熱處理的必要性，這對壓力容器的制造至關(guān)重要，下面作一下探討。

1 判斷熱處理的必要性

壓力容器制造過程中，如果將所有的設(shè)備都進行熱處理未必是件好事。一方面會延長設(shè)備的制作周期，增加設(shè)備在制造過程中能耗，進而增加設(shè)備的生產(chǎn)成本。另一方面，一般情況下，熱處理有利于降低焊接殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的組織與性能，穩(wěn)定焊接結(jié)構(gòu)的尺寸，并對應(yīng)力腐蝕有嚴(yán)格要求的情況下才能進行。但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。且熱處理大多是依賴高溫下材料強度的降低來實現(xiàn)消除或降低應(yīng)力的，因此，設(shè)備熱處理時，結(jié)構(gòu)有可能失去剛性，對于采取整體或局部熱處理的結(jié)構(gòu)，熱處理前，均必須考慮焊件在高溫下的支承能力。所以，壓力容器熱處理前判斷是否應(yīng)進行熱處理便至關(guān)重要。

2 焊后熱處理的判斷

2.1 熱處理厚度的判斷

壓力容器焊后熱處理厚度（焊縫金屬厚度）是判斷是否進行焊后熱處理消除焊接殘余應(yīng)力基準(zhǔn)之一。因為，需要焊后熱處理的原因是焊接，焊縫金屬厚度表明了焊接對殘余應(yīng)力、焊接接頭的組織和性能影響范圍及程度，因此，決定焊后熱處理與否應(yīng)當(dāng)是焊縫厚度，而不完全是鋼材厚度。則焊縫厚度的判斷可大致歸納如下幾點：

①對等全焊透對接接頭為鋼材厚度。

②對于對接焊縫和角焊縫為焊縫厚度。

③對于組合焊縫為對接焊縫與角焊縫厚度中較大者。

④當(dāng)不同厚度元件焊接時：不等厚對接接頭取較薄元件的鋼材厚度；殼體與管板、平封頭、蓋板及其他類似元件的B類焊接接頭，取殼體厚度；接管與殼體焊接時，取接管頸厚度、筒體厚度、補強圈厚度和鏈接角焊縫厚度中的較大者；接管與法蘭焊接時，對接取接管厚度，而圖1所示焊接取法蘭厚度；圖2所示內(nèi)封頭連接結(jié)構(gòu)取封頭與筒體厚度中較大者。

⑤非受壓元件與受壓元件焊接時，取焊縫厚度。

⑥補焊時取補焊焊縫深度。

⑦帶有堆焊層的取鋼材基層厚度，奧氏體不銹鋼襯里的取基層厚度，復(fù)合板的取基層厚度。

⑧換熱管與管板的焊縫取焊縫厚度。

⑨填角焊縫的為焊喉厚度，當(dāng)填角焊與坡口焊縫共用時，取填角焊縫的焊喉厚度或坡口深度中的大者。

2.2 熱處理的判斷

對于異種鋼材之間的焊接接頭，按熱處理要求嚴(yán)者確定是否進行焊后熱處理。

②圖樣注明有應(yīng)力腐蝕的壓力容器，如盛裝液化石油氣、液氨等容器。

③用于盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的碳素鋼，低合金鋼制容器。

④多層包扎容器內(nèi)筒的A、B類焊接接頭。

⑤套合后的容器筒體。

⑥拼接后的管板。

⑦碳鋼、低合金鋼的焊有分隔板的管箱和浮頭蓋以及管箱的測向開孔超過1/3圓筒內(nèi)徑的管箱，應(yīng)在設(shè)備密封面加工前進行消除應(yīng)力熱處理。

⑧用鋼板拼接后的設(shè)備法蘭。

⑨圖樣另有規(guī)定時也應(yīng)熱理。

⑩除設(shè)計文件另有規(guī)定，奧氏體不銹鋼，奧氏體-鐵素體型不銹鋼焊接接頭可不進行熱處理。

3 恢復(fù)性能熱處理的判斷

3.2 熱處理的判斷

符合以下條件之一者，應(yīng)進行恢復(fù)性能熱處理：

①鋼板冷成形受壓元件，符合以下任意條件之一且變形率超過表1規(guī)定指標(biāo)，應(yīng)于成形后進行相應(yīng)熱處理恢復(fù)材料的性能：盛裝毒性為極度或高度介子的容器；介子對材料有應(yīng)力腐蝕危害的容器；對碳鋼、低合金鋼，成形前厚度大于16 mm；對碳鋼、低合金鋼，成形后減薄量大于10%；對碳鋼、低合金鋼，材料要求做沖擊實驗。

②碳鋼、低合金鋼冷成形封頭應(yīng)進行熱處理（當(dāng)制造單位確保冷成形后的材料性能符合設(shè)計、使用要求時且經(jīng)設(shè)計單位批準(zhǔn)，可不進行熱處理）。

③當(dāng)有耐應(yīng)力腐蝕要求時，冷彎U形管的彎管段及至少包括150 mm的直管段應(yīng)進行熱處理。

④碳素鋼、Q345R的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的3%，其它低合金鋼的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的2.5%。

⑤奧氏體如無耐蝕要求，可不進行熱處理；當(dāng)有耐蝕要求時，應(yīng)按如下要求進行熱處理：成形后表面硬度大于235HB時應(yīng)進行固溶熱處理；熱成形不銹鋼需做固溶熱處理。

⑥鋼管冷彎后，變形率超過下列范圍時，應(yīng)進行恢復(fù)材料的性能：碳素鋼、低合金鋼的鋼管彎曲后的外纖維變形率不應(yīng)大于鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定延長率的1/2，或外層材料的剩余伸長率應(yīng)不小于10%；對于有沖擊韌性要求的鋼管，其外層纖維最大變形率應(yīng)不大于5%。

⑦若需消除溫成形的變形殘余應(yīng)力，也可參考上述對冷成形工件和要求進行。

⑧若熱成形或溫成形改變了材料的供貨狀態(tài)，應(yīng)重新進行熱處理，恢復(fù)材料供貨熱處理狀態(tài)。

4 結(jié) 語

熱處理的目的就是為了消除或降低焊接殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的組織與性能，穩(wěn)定焊接結(jié)構(gòu)的尺寸，防止產(chǎn)生冷裂紋，恢復(fù)性能材料的力學(xué)性能等消除由制造給壓力容器帶來的不利影響。而本文分別從什么情況需進行焊后熱處理和什么情況需進行恢復(fù)性能熱處理兩方面進行了詳細(xì)闡述，掌握了壓力容器熱處理必要性的判斷，對判斷是否考慮熱處理有著重大的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

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