試論熱處理技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王超悌 胡洋 尚英軍

摘要：以熱處理基礎(chǔ)為研究對(duì)象，闡述了熱處理技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中應(yīng)用的相關(guān)問題。先介紹了熱處理基本工藝的技術(shù)內(nèi)容，再?gòu)膲毫θ萜髟O(shè)計(jì)的角度入手，對(duì)熱處理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述?？傮w而言，熱處理技術(shù)要能夠滿足壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求，會(huì)對(duì)壓力容器性能產(chǎn)生直接影響，因此應(yīng)得到相關(guān)人員的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：熱處理技術(shù)；壓力容器設(shè)計(jì)；化工設(shè)備

前言：壓力容器是化工企業(yè)的常見設(shè)備，常被用來儲(chǔ)存具有腐蝕性、易燃易爆的介質(zhì)。正是因?yàn)閴毫θ萜鞅旧砭哂袘?yīng)用的特殊性，所以其安全性、穩(wěn)定性一直受到社會(huì)的普遍關(guān)注。熱處理技術(shù)是壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)用中的常見技術(shù)，這是因?yàn)樵诟邷亍⒏邏?、腐蝕性氣液環(huán)境下，采用熱處理技術(shù)能夠顯著提高和改善焊接部位的力學(xué)性能和機(jī)械性能，進(jìn)而保證壓力容器的安全性和可靠性。所以，必須要進(jìn)一步了解熱處理技術(shù)在壓力容器中設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容，全面提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.熱處理技術(shù)的基本內(nèi)容

熱處理技術(shù)是一種需要在加熱、保持溫度、冷卻三個(gè)階段進(jìn)行協(xié)調(diào)并且處理的工藝技術(shù)，在熱處理技術(shù)中，熱處理技術(shù)主要包括以下幾點(diǎn)重要的工藝內(nèi)容：

（1）加熱方式直接影響熱處理技術(shù)的質(zhì)量。常見的熱處理加熱方式主要分為直接加熱與間接加熱兩種方法，其中，直接加熱主要包括電加熱、液體加熱、氣體加熱等；間接加熱主要是指通過液態(tài)金屬等進(jìn)行間接加熱[1]。

（2）熱處理技術(shù)中的溫度控制與選擇也是整個(gè)技術(shù)的重要內(nèi)容，這就要求相關(guān)人員在采用熱處理技術(shù)時(shí)，必須要將熱處理的工藝要求，將溫度變化控制在合理的區(qū)間內(nèi)，這樣才能保證金屬材料金相組織能夠在熱處理作用下發(fā)生改變，最終確保按熱處理工藝和程序進(jìn)行，進(jìn)而保證壓力容器加工質(zhì)量。

（3）在對(duì)金屬材料進(jìn)行加熱之后，隨著加熱的結(jié)束，需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷卻。此時(shí)，金屬材料冷卻必須要充分考慮到原材料之間的差異，再結(jié)合壓力容器的不同用途，選擇不同的冷卻方法。

2.熱處理技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用思路

2.1在成型件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在壓力容器成型件設(shè)計(jì)中，考慮到成型件處理是整個(gè)壓力容器制作的關(guān)鍵點(diǎn)，也是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此在應(yīng)用熱處理技術(shù)中，必須要充分了解外力作用與熱力作用對(duì)成型件的影響，在成型件產(chǎn)生一定的形狀變化之后，就需要對(duì)熱處理技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保其外觀形狀等符合最初的設(shè)計(jì)要求。因此在應(yīng)用階段，必須要嚴(yán)格按照成型件的實(shí)際情況進(jìn)行控制。一般認(rèn)為，壓力容器用料的熱處理主要是通過改變材料組織結(jié)構(gòu)的方法來獲得最終成品的。因此在成型件設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用熱處理技術(shù)時(shí)，必須要充分了解材料組織結(jié)構(gòu)本身所具有的特征，保證其材料性能具有良好的韌性與塑性，通過正火、調(diào)質(zhì)、回火等多種方法對(duì)成型件進(jìn)行處理，這樣才能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。例如，按奧氏體不銹鋼本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，對(duì)該材料進(jìn)行成型件設(shè)計(jì)時(shí)，如果加工過程破壞了其金屬組織狀態(tài)和機(jī)械性能，就需要通過固溶的處理方法來恢復(fù)材料的本身的原始狀態(tài)和性能。

2.2熱處理技術(shù)在消除焊接殘余應(yīng)力中的應(yīng)用

在壓力容器設(shè)計(jì)階段，采用熱處理技術(shù)充分消除焊接殘余應(yīng)力也是該技術(shù)的重要應(yīng)用途徑。很多研究證實(shí)，焊接的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)裂紋、再熱裂紋的重要因素，正是因?yàn)楹附拥臍堄鄳?yīng)力長(zhǎng)時(shí)間得不到控制，最終導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)延遲變形裂紋，不利于保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性。所以在當(dāng)前壓力容器設(shè)計(jì)階段，必須要采用有效的手段來消除殘余應(yīng)力，而熱處理技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的突破口[2]。

在焊接之后，常見的處理方法主要分為爐內(nèi)整體熱處理、分段爐內(nèi)熱處理、局部熱處理等幾種，其中爐內(nèi)整體熱處理是相關(guān)人員的首選，這是因?yàn)闋t內(nèi)整體熱處理具有受熱均勻的優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)人員能夠通過溫控儀器有效控制其溫度變化，因此有助于保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。但如果壓力容器的體積較大，而導(dǎo)致加熱爐無法對(duì)其進(jìn)行有效的加熱，則可以采用分段加熱的方法。在分段加熱階段，應(yīng)該保證重復(fù)加熱的溫度長(zhǎng)度不大于1500mm，并且加熱重復(fù)部位的相鄰位置還應(yīng)該做好保溫，避免加熱導(dǎo)致壓力容器上出現(xiàn)明顯的溫度梯度。對(duì)于超大尺寸設(shè)備無法進(jìn)行整體熱處理時(shí)，還可采用現(xiàn)場(chǎng)模塊組裝、分片組合的方式搭建拼裝式處理設(shè)備，滿足爐內(nèi)整體熱處理要求。

2.3焊接后的熱處理技術(shù)應(yīng)用

焊接節(jié)點(diǎn)和焊接方法的選用是壓力容器設(shè)計(jì)階段的重要內(nèi)容，在焊接結(jié)束后，為了保證質(zhì)量需要對(duì)壓力容器做熱處理。從設(shè)計(jì)角度來看，此階段熱處理技術(shù)的應(yīng)用主要集中在以下幾方面：

（1）重視熱處理管理。在熱處理技術(shù)中，不用溫度與時(shí)間的控制都會(huì)造成不同的加熱效果，所以在這種情況下，對(duì)壓力容器進(jìn)行焊接操作后，需要圍繞后續(xù)的熱處理技術(shù)進(jìn)行工藝管理和控制，制定有效的熱處理工藝流程，避免因?yàn)闊崽幚砹鞒滩煌瑢?dǎo)致誤用、誤操作而影響容器焊接質(zhì)量。

（2）充分了解不同設(shè)備的要求。不同壓力容器對(duì)熱處理技術(shù)的需求存在明顯的差異，所以針對(duì)這種情況，在熱處理階段應(yīng)該根據(jù)這些內(nèi)容進(jìn)行有效的質(zhì)量控制，尤其是一些具有特殊要求的壓力容器，在對(duì)其進(jìn)行熱處理之前需要做好準(zhǔn)備工作，最大程度上保證壓力容器性能。

2.4熱處理技術(shù)的注意事項(xiàng)

在壓力容器設(shè)計(jì)階段，采用熱處理技術(shù)已經(jīng)成為控制質(zhì)量的突破口，但是在技術(shù)應(yīng)用過程中，為了保證質(zhì)量還應(yīng)關(guān)注以下幾方面工作：

（1）熱處理之后能施焊，所以必須要在熱處理之間對(duì)預(yù)焊件進(jìn)行焊接處理。

（2）壓力容器焊接工作全部結(jié)束并且檢驗(yàn)合格之后，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后才能進(jìn)行熱處理；

（3）除了不銹鋼材料外，拼接管板也需要采用熱處理，來充分消除材料存在的焊接壓力。

同時(shí)，壓力容器的制作是一個(gè)十分復(fù)雜的工藝過程，因此在應(yīng)用熱處理技術(shù)時(shí)，必須要采用多種有效的質(zhì)量控制方法，這樣才能切實(shí)提高壓力容器的性能。例如，在壓力容器設(shè)計(jì)階段，必須要確定壓力容器的具體制造流程，了解熱處理技術(shù)對(duì)整個(gè)壓力容器的影響，對(duì)熱處理工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。一般情況下，往往會(huì)在焊接結(jié)束后應(yīng)用熱處理技術(shù)。同時(shí)，還應(yīng)該嚴(yán)格按照流程操作手冊(cè)，將制造過程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行明確，進(jìn)行技術(shù)交底和生產(chǎn)交底工作，確保工藝手冊(cè)能夠指導(dǎo)壓力容器生產(chǎn)過程，為全面提高生產(chǎn)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

結(jié)論：熱處理技術(shù)在壓力容器設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要位置，所以對(duì)相關(guān)人員而言，在壓力容器設(shè)計(jì)階段必須要充分了解熱處理技術(shù)的應(yīng)用方向和環(huán)節(jié)，能夠在滿足壓力容器的性能、使用要求等方面進(jìn)行提升和改進(jìn)，最終全面提高壓力容器質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙芬香.壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問題分析[J].化工管理，2014（14）：97-98.

[2]徐維普，楊金富.熱處理技術(shù)在特種設(shè)備生產(chǎn)及檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].金屬熱處理，2016（S1）：169-172.