摘要：在壓力容器的設(shè)計(jì)中，熱處理一種行之有效方法來解決容器金屬焊后的一系列問題。本文概述了常見的壓力容器設(shè)計(jì)中的一系列熱處理問題以及采用熱處理的目的和重要性，并簡(jiǎn)單介紹了幾種常見的金屬焊后熱處理方法，為相關(guān)的從業(yè)人員提供理論參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器，設(shè)計(jì)，熱處理，分析，方法，研究

引言：

熱處理是一種傳統(tǒng)的改善金屬材質(zhì)性能的方法，在壓力容器設(shè)計(jì)中，針對(duì)壓力容器的具體情況與用途，在焊后進(jìn)行熱處理，其主要目的是降低焊接殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的組織和性能。目前，壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理主要分為：焊后熱處理即消除應(yīng)力熱處理、改善材料熱處理、恢復(fù)材料性能熱處理和焊后消氫熱處理四種。需要指出的是焊后消氫熱處理要求在焊接完成后立即進(jìn)行熱處理，這樣不僅能釋放焊縫金屬中的氫，而且還能防止焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋。

1.常見壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問題以及熱處理的目的

壓力容器，即主要用來盛裝液體或氣體，同時(shí)要承載一定的壓力的密閉封存的盛裝設(shè)備，其按用途又可分為貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器等。

壓力容器的熱處理，顧名思義，就是運(yùn)用相應(yīng)的熱源及材料對(duì)其進(jìn)行加熱、實(shí)現(xiàn)保溫和冷卻的過程。在這個(gè)過程中，不改變金屬材料的外部形狀，但卻使內(nèi)部金屬組織結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的變化，使其符合要求。過程中，金屬材料的基本性能會(huì)得到更好的調(diào)控以及潛能的更大發(fā)揮。

常見的壓力容器的熱處理問題是由于金屬焊接的缺陷造成的。由物理學(xué)原理可知，焊接過程中焊接接頭的熔合線附近，溫度處于固、液相態(tài)之間，溫度下降冷卻時(shí)，組織就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)過熱的現(xiàn)象，致使組織呈現(xiàn)出晶粒粗大、化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，與此同時(shí)組織也變得極不均勻、組織強(qiáng)度上升但可塑性卻有所下降。而熔和線外側(cè)的過熱區(qū)還會(huì)伴隨出現(xiàn)尉氏組織和索氏體的物質(zhì)，使得這個(gè)區(qū)域的韌性顯著下降。過熱區(qū)外側(cè)的正火區(qū)，由于加熱和冷卻的雙重作用，形成了一種細(xì)小均勻的鐵素體加珠光體的物質(zhì)。綜上所說，由于熔和線處的溫度差，造成了熔池的雜質(zhì)不斷有熔和線向融合中心移動(dòng)，使得熔池中心部分最容易產(chǎn)生夾渣缺陷，再加之熔和線的冷卻速度差異，便產(chǎn)生了普遍的裂紋，而這些裂紋會(huì)以不同的形態(tài)體現(xiàn)出來。如焊接腐蝕裂紋接頭因鋼材淬硬性產(chǎn)生裂紋、有氫擴(kuò)散產(chǎn)生的冷裂紋以及熱裂紋和晶間紋等。

正是由于金屬焊接過程中的缺陷所造成的一系列問題，使得壓力容器的熱處理變得尤為重要。焊接后的熱處理主要有一下四個(gè)目的：1. 松弛焊接的參與應(yīng)力，從而更好的完成焊接過程；2. 焊接后的熱處理可以更好的使壓力容器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，固定并完善其結(jié)構(gòu)的形狀與尺寸，降低畸變率；3. 可以更好的改善材料與焊接區(qū)的性能，如焊縫金屬的塑性、熱影響區(qū)硬度、斷裂的韌性以及金屬的疲勞強(qiáng)度等；4. 可以有效提高容器的抗應(yīng)能力和抗腐蝕能力，更好的釋放焊縫金屬中的有害氣體，從而防止或延遲裂紋產(chǎn)生。

2.壓力容器設(shè)計(jì)中熱處理的重要性

2.1壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理的綜合考慮。

《鋼制壓力容器》規(guī)定壓力容器要進(jìn)行焊后熱處理并不是說熱處理就具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，這主要卻取決于壓力容器的最終要求和用途，雖然熱處理可以有效地緩和容器焊后的殘余應(yīng)力，但熱處理的長(zhǎng)時(shí)間高溫會(huì)使容器的結(jié)構(gòu)失去剛性，因此要充分考慮焊接能否承受住高溫。

2.2壓力容器進(jìn)行熱處理的必要性。

眾所周知，壓力容器在焊接后，其焊接處存在較大的殘余應(yīng)力，而這種殘余應(yīng)力會(huì)與焊縫中的氫作用結(jié)合，造成熱影響區(qū)硬化，從而導(dǎo)致冷裂紋或延遲裂紋的產(chǎn)生，再加之侵蝕性介質(zhì)成分、濃度、溫度等的不同一系列因素，使得腐蝕破壞的性能也產(chǎn)生了變化，這種情況下就是熱處理顯得尤為必要。通過熱處理，來形成耐腐蝕的焊接接頭，從而使得壓力容器的擁有更好的性能。

2.3壓力容器進(jìn)行熱處理的重要性。

首先，通過對(duì)壓力容器進(jìn)行熱處理，可以有效地去除殘余應(yīng)力，從而穩(wěn)固容器結(jié)構(gòu)，提升容器性能。其次，通過熱處理可以有效改善金屬材料的力學(xué)性能——通過退火、正火、正火加回火、調(diào)質(zhì)等方法，來使得容器的某些材料特性發(fā)揮出來。如退火是通過降低壓力容器的硬度來實(shí)現(xiàn)便于加工，同時(shí)緩解殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸；正火可以使晶粒細(xì)化，碳化物分布更加均勻，由于正火的冷卻速度較快，從而使得正火組織更加精細(xì)，因此壓力容器的機(jī)械性能也就更好；正火加回火可以更加有效的消除殘余應(yīng)力，從而提高壓力容器的韌性和塑性。最后，壓力容器進(jìn)行熱處理地位重要，這主要是因?yàn)閴毫θ萜鞯膽?yīng)用廣泛，在能源、軍隊(duì)、科研以及石油化工等領(lǐng)域都擁有十分重要的應(yīng)用，因此作為完善壓力容器性能的熱處理自然地位顯耀。

3.壓力容器焊后熱處理主要方法

壓力容器焊后熱處理的主要方法分為爐內(nèi)整體熱處理、整體熱處理、分段熱處理和局部熱處理幾種。其中爐內(nèi)整體熱處理是指將壓力容器放在密閉的爐內(nèi)進(jìn)行加熱處理，其主要針對(duì)于需要進(jìn)行焊后熱處理的容器，如高壓容器、中壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存盛裝混合液化石油氣的臥式儲(chǔ)罐、移動(dòng)式壓力容器等。而對(duì)于大型的壓力容器如大型球罐因體積問題無法在爐內(nèi)進(jìn)行整體加熱處理，可采用內(nèi)燃法、熱風(fēng)法和電熱等方式進(jìn)行處理，也可以進(jìn)行爐內(nèi)分段加熱處理。

結(jié)語：

綜上而言，熱處理是一種行之有效的改善和恢復(fù)金屬性能的方法，在容器的設(shè)計(jì)和制造中占據(jù)著十分重要的地位，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況進(jìn)行認(rèn)真分析研究，并依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的熱處理辦法。

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5.作者簡(jiǎn)介

錢洪田，男（1981年02月—），漢族，本科，于2003年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）過程裝備與控制工程專業(yè)，在中油遼河工程有限公司從事設(shè)計(jì)工作，工程師職稱。