淺談化工設(shè)備設(shè)計中焊后熱處理問題

劉 磊

（山西省化工設(shè)計院，山西 太原 030024）

熱處理是一種能夠很好地改善金屬自身特性的手段，可提高金屬的使用壽命和使用價值［1］。但是，熱處理在很多方面都屬于薄弱環(huán)節(jié)，如，壓力容器設(shè)計、制造等化工設(shè)備處理環(huán)節(jié)中都需要妥善處理。壓力容器共涉及到的處理方式包括，焊后熱處理（主要是為了消除應(yīng)力）、恢復(fù)材料性能熱處理、焊后消氫處理等［2－3］。本文僅對其中的焊后熱處理方法進行討論和研究。這種熱處理是在化工設(shè)備設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的一種方式。

1 奧氏體不銹鋼制壓力容器焊后熱處理

焊后熱處理的一般操作過程是，利用金屬在高溫條件的影響下，使金屬的應(yīng)力隨之發(fā)生變化，應(yīng)力相對較高的地方會由于受到塑性的影響而發(fā)生變形，從而有效地消除了焊接殘余應(yīng)力［4］。另一方面，還可以改善焊接接頭的各種不良因素影響，在金屬的塑性和韌性兩方面都能起到很好的作用。焊后熱處理不僅切實保證金屬抗應(yīng)力腐蝕的問題得到有效解決，而且可以消除應(yīng)力，應(yīng)該廣泛提倡和應(yīng)用。具體應(yīng)用范圍為具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)的碳素鋼和低合金鋼制壓力容器。奧氏體從微觀結(jié)構(gòu)看是面心立方體，這種結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)越性，這種面心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料相對體心立方來說，具有更多的滑移面，從而使其表現(xiàn)出很好的韌性和應(yīng)變強化性能。考慮到防腐蝕的問題和滿足設(shè)備工作溫度的問題，我們經(jīng)常選用不銹鋼材料，但是，不銹鋼與碳素鋼和低合金鋼相比價格較高，所以化工設(shè)備設(shè)計時都會將其壁厚設(shè)計得很薄。所以，出于正常操作的安全性考慮，不對奧氏體進行焊后熱處理。還有一些其他類型的問題，比如，因使用時間過長而導(dǎo)致的腐蝕問題，也會引起材料的不穩(wěn)定；疲勞、沖擊載荷等問題。這些也都是因不正常使用設(shè)備而造成的，在一般的設(shè)計中都是難以提前預(yù)料到的。倘若確實遇到了上面這些狀況和問題，就要由相關(guān)人員采取相應(yīng)的處理和補救措施，使熱處理問題得到極大的改善，這樣才能進一步保障壓力容器的多重使用性能免受影響。否則，不考慮熱處理對奧氏體不銹鋼制壓力容器的特殊要求，只是簡單地參照其他類型的材料來處理是行不通的，簡單的類比碳素鋼和低合金鋼而不對奧氏體不銹鋼作出新的要求，其結(jié)果往往達(dá)不到理想的目標(biāo)。

在現(xiàn)行使用標(biāo)準(zhǔn)中，對奧氏體不銹鋼制壓力容器的管理和維修工作還不是很明確，尤其是對其進行焊后熱處理的規(guī)范還不清楚。在GB 150－89《鋼制壓力容器》10.4.1.3中這樣說明：“除圖樣可以另外規(guī)定外，冷成形的奧氏體不銹鋼封頭不需要再次完成熱處理操作”。

2 固定管板式換熱器的焊后熱處理

作為固定管板式換熱器，因為結(jié)構(gòu)特點的影響和限制，不能完成熱處理的操作。有時還會因為殼層介質(zhì)的毒性或應(yīng)力腐蝕的特性而需要另一種方法來解決，如可以選擇性地進行熱處理。即，對換熱器殼體先進行一次部件的相應(yīng)處理，等到殼體和管板組相接觸并緊密連接后，才可以對其進行局部相應(yīng)的處理，如，對2道環(huán)焊縫進行熱處理。某些設(shè)計人員在對金屬材料進行處理的時候，不進行熱處理，這種做法只適用于制冷業(yè)中殼程介質(zhì)為液氨的處理，即這種做法是極錯誤的。

雖然說當(dāng)前的壓力容器設(shè)計仍存有不足，而且制造單位的管理制度還有些漏洞，對跨行業(yè)設(shè)計的問題沒有提出很好的解決措施，也沒有什么具體的要求，但是作為設(shè)計人員，應(yīng)該對這些技術(shù)手段要做到活學(xué)活用，根據(jù)具體的實際情況給出解決方案。當(dāng)借助其他行業(yè)壓力容器技術(shù)解決問題的時候，應(yīng)該全面理解問題、綜合比較問題，從而解決問題。我們設(shè)計殼程介質(zhì)為液氨的金屬容器的時候，要注意的一個問題是從結(jié)構(gòu)方面降低應(yīng)力所造成的影響，從材料的角度調(diào)節(jié)強度和硬度的指標(biāo)，這樣一來就可以減少液氨應(yīng)力所造成的腐蝕和開裂問題。因此，面對殼程介質(zhì)為液氨的問題應(yīng)該采用熱處理方式，管殼式換熱器及類似情況都是這樣。

3 帶夾套容器的焊后熱處理

帶夾套容器因為有外面的夾套起到保護和隔熱的作用，在其內(nèi)筒首先要進行一些熱處理，與此同時進行水壓實驗。在壓力容器內(nèi)一般都存在很多接口用來對外連接，這些接口也都是焊在殼體上的，應(yīng)該隨容器一塊進行后續(xù)的熱處理工作。如果接管按照要求穿過筒體夾套包覆的機器零件時，整體夾套與接管就會無法相互適應(yīng)，這樣一來就只能選擇其他方法進行處理，通常我們都是選擇用分瓣組焊夾套的方式。這種方式的具體做法是，選擇在內(nèi)筒焊接夾套的地方先做初步的處理，將預(yù)焊件焊上，這樣預(yù)焊件與就可以內(nèi)筒體同時完成熱處理的相關(guān)過程，最后，將分瓣的夾套與之前得到的大小均一的預(yù)焊件共同進行焊接處理，并最終形成相互組焊的結(jié)構(gòu)。但是，這種處理措施并不簡單，如果壓力容器的夾套利用分瓣組焊的方式來處理，反而會使制造的難度有所增加。雖然那些接管被夾套所包覆著，但是卻不能保證始終處于同一水平面上，那么接下來工作的壓力和難度將會更大。

4 結(jié)束語

壓力容器焊后還必須注意其他方面的事情，如，要完成多重性質(zhì)的熱處理，這個過程也包含了爐內(nèi)分階段熱處理的過程，還有壓力容器結(jié)構(gòu)方面的問題，這些都是經(jīng)常出現(xiàn)的問題，必須采取一定的措施對其進行解決。就目前的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r而言，熱處理手段仍然是壓力容器行業(yè)內(nèi)唯一一種能夠滿足人們要求的方法，是被眾多專家采納的、專門用來消除焊接殘余應(yīng)力的有效措施。

［1］王非，孫建全.在化工設(shè)備設(shè)計中對焊后熱處理的考慮［J］.化工設(shè)備與管道，2000，37（1）：45－46.

［2］姜亮亮，鞏建鳴，耿魯陽，等.焊后熱處理對13MnNiMoR鋼焊接接頭在服役環(huán)境下SCC敏感性的影響［J］.壓力容器，2012，29（4）：54－55.

［3］陳艷，唐前鵬，王孟君.SiCp／6061Al復(fù)合材料激光焊接焊后熱處理［J］.熱加工工藝，2007，36（11）：76－77.

［4］何敏.壓力容器焊后熱處理分析［J］.廣東化工，2010，37（12）：141－142.