低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究

摘 ?要：低溫壓力容器在化學(xué)、食品等加工產(chǎn)業(yè)鏈中都占據(jù)著重要的地位，因此壓力容器的安全性能必須在制作過程中得到保障，要嚴(yán)格按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)來使壓力容器可靠、安全。基于此，本文對低溫壓力容器焊后熱處理的方法方法進(jìn)行了探究，為工作人員提供建議。

關(guān)鍵詞：低溫壓力容器;焊后熱處理;方法

中圖分類號：TG441.8 ???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

壓力容器一旦處于低溫中，構(gòu)成它的金屬材料就會就會因?yàn)槟褪苄暂^差而韌性下降，因此壓力容器的設(shè)計(jì)必須要考慮到這點(diǎn)因素，使其質(zhì)量能夠適應(yīng)脆性轉(zhuǎn)變溫度，防止壓力容器在處于低溫中而導(dǎo)致的機(jī)器故障以及一系列嚴(yán)重的安全問題，進(jìn)而造成災(zāi)難性的事故。這就要求工作人員在對壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要將設(shè)計(jì)溫度和壓力作為重要條件來進(jìn)行設(shè)計(jì)，綜合考慮設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、材料、溫度等等方面的因素^[1]。低溫壓力容器的焊后熱處理工作十分復(fù)雜，因此工作人員應(yīng)該在每個(gè)細(xì)節(jié)中落實(shí)實(shí)事求是的精神。

1 設(shè)計(jì)溫度

設(shè)計(jì)溫度是工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的首要因素，根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)要綜合考慮介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度兩個(gè)方面，并且要做到具體問題具體分析。不同的環(huán)境中材料的選取、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都有著很大的差別，一般來說，設(shè)計(jì)溫度以-20℃為標(biāo)準(zhǔn)，在溫度高于此標(biāo)準(zhǔn)或者低于此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，設(shè)計(jì)都存在著很大的差異，首先要在設(shè)計(jì)設(shè)備中明確設(shè)計(jì)的溫度，并且綜合考慮壓力因素，對環(huán)境因素、保溫工作、冷措施等等工作進(jìn)行分析，在施工工程中針對于如何合理設(shè)計(jì)低溫壓力容器的溫度這一問題，我們從以下方面進(jìn)行研究：

元件金屬沿截面厚度的平均溫度被稱作為金屬溫度系，而其兩側(cè)的流體溫度出現(xiàn)不一致時(shí)，計(jì)算其表面溫度時(shí)，可利用傳熱計(jì)算的模式算出，在實(shí)際的運(yùn)算中，我們還應(yīng)該熟練掌握各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，具體的內(nèi)容有：通過流體與壁面間的給熱、元件金屬熱量傳導(dǎo)、污垢熱阻等，從而代入計(jì)算。然而，目前一些很多數(shù)據(jù)無法查出，比如介質(zhì)的傳熱系數(shù)K值、給熱系數(shù)α值等，因此，在實(shí)際的計(jì)算中以經(jīng)驗(yàn)代入為主^[2]。針對當(dāng)前已經(jīng)有生產(chǎn)運(yùn)行的同類容器，要想確實(shí)其受壓元件金屬溫度值往往是以實(shí)際測定的方式來完成。針對露天廠房或者是無采暖措施的廠房內(nèi)的容器，殼體金屬溫度需要考慮到環(huán)境氣溫條件給其帶來的影響。

2 材料選擇

要想提升低溫壓力容器的耐寒性能和整體質(zhì)量，就要從其使用的材料入手，盡量選取機(jī)械性能好的材料，尤其是在選擇金屬材料時(shí)，應(yīng)該選取耐寒性較強(qiáng)的金屬材料。一般的金屬材料在低溫的狀態(tài)下很容易發(fā)生斷裂，無法實(shí)現(xiàn)其工作效果，因此我們應(yīng)該想辦法提升金屬材料在低溫狀態(tài)下的韌性。例如，在煉鋼的過程中在材料中融入鎳這一金屬材料，這主要是因?yàn)殒嚹軌蛟诤艽蟪潭壬细淖兾诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)，避免應(yīng)力高度集中到一個(gè)部位，這樣可以有效提升金屬材料的韌性，我們還可以采用將鋼材料進(jìn)行正火處理的方式來提升鋼材的韌性，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中，晶粒被細(xì)化，中軋溫度降低，冷卻速率發(fā)生改變，顯微組織可以實(shí)現(xiàn)均勻分布。由于金屬材料不同，我們在選取不同溫度、低溫壓力容器用鋼時(shí)可以分為以下幾種方式：

（1）設(shè)計(jì)的溫度低于-20℃，高于-40℃時(shí)，鋼材的選取通常以低碳錳鋼為主;（2）設(shè)計(jì)的溫度低于-40℃，高于196℃時(shí)，鋼材的選取通常以鎳鋼為主;（3）設(shè)計(jì)的溫度低于-196℃，高于-273℃時(shí)，鋼材的選取通常以鉻鎳奧式體高合金鋼為主。同時(shí)還應(yīng)該注意的是，碳素鋼以及低合金鋼合體鋼板的厚度如果有大于20mm的情況，需要進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，確保所使用的材料全部都能夠達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對于鉻鎳奧體高合金鋼，在使用之前要進(jìn)行硬化，這樣有利于提升其強(qiáng)度^[3]。

3 低溫壓力容器的焊后熱處理

3.1 整體的熱處理方法

（1）在固定爐中進(jìn)行整體的熱處理，這種方式可以使材料均勻受熱，加熱的溫度保持穩(wěn)定，防止溫差過大導(dǎo)致的受熱不均勻等情況的發(fā)生，容易操作和控制，并且具有很好的保溫效果，這種方法在容器大小小于熱處理爐的低溫壓力容器中較為常用;（2）在固定爐中進(jìn)行分段加熱，這種方法多用于長度較長的容器，一般將其分為兩段，選取其中的一段首先進(jìn)行加熱，再加熱使另一個(gè)方向的材料受熱，在這個(gè)過程中，有1.5米左右的材料已經(jīng)經(jīng)歷了兩次加熱，因此對資源的耗費(fèi)很大，對加熱的溫度也很難掌握;（3）在固定爐外進(jìn)行熱處理，這種方法主要針對于一些大型的設(shè)備，這種方法的缺點(diǎn)有：溫度難以掌控、溫差不能調(diào)節(jié)、溫速難以掌握等等，且耗費(fèi)燃料和電量。

3.2 壓力容器熱處理

壓力容器和受壓元件在低溫的狀態(tài)下韌性降低，很容易發(fā)生斷裂，因此工作時(shí)人員應(yīng)該做好保險(xiǎn)措施，首先要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行圖紙的設(shè)計(jì)，確認(rèn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理后再進(jìn)行焊接處理。焊后熱處理的方式主要有內(nèi)熱處理、分段熱處理以及整體爐外熱處理，一般來說我們常采用爐內(nèi)熱處理這種方式，爐內(nèi)熱處理的步驟是：先將爐內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度，保證爐內(nèi)的溫差不要太大，受熱要均勻，火焰不能夠直接噴射到鋼材上;分段熱處理是將材料以分段的方式進(jìn)行處理，使?fàn)t內(nèi)的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，防止溫度的梯度變化對材料性能產(chǎn)生較大的影響;在使用整體爐外熱處理方法進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該綜合考慮多種方面的因素，例如氣溫、環(huán)境等等，排除不利影響，在處理的過程中還要采取多種措施來保證材料均勻受熱，溫度穩(wěn)定，避免被加熱件、支撐結(jié)構(gòu)等因?yàn)闊崦浝淇s造成壓力元件變形^[4]。

3.3 焊后熱處理的質(zhì)量

質(zhì)量的控制是熱處理的核心階段，低溫鋼壓力容器在焊接后會產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致材料在低溫的情況下韌性減弱，很容易發(fā)生斷裂的情況，而焊后熱處理的方式能夠使焊后的應(yīng)力發(fā)生減弱，對金屬焊縫中的參與氫氣進(jìn)行清除，對熱影響區(qū)和加工變形區(qū)的組織進(jìn)行軟化，在很大程度上提升了低溫鋼壓力容器在低溫中耐寒性能，因此，焊后熱處理這種方式對低溫鋼壓力容器具有重要意義，能夠有效提升其整體的質(zhì)量，焊后熱處理的方法有很多，主要有局部熱處理、爐整體熱處理、副爐熱處理、整體內(nèi)部熱處理四種。其中使用最為廣泛的是整體熱處理這種方法，能夠有效消除金屬焊縫中的氫氣，有研究表明，整體熱處理對氫氣的清除范圍達(dá)到90%以上。焊后熱處理的有效進(jìn)行需要綜合考慮各個(gè)方面的因素，例如材料、尺寸、加熱手段等等，還應(yīng)該對保溫的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的把控，保溫的溫度范圍應(yīng)該低于轉(zhuǎn)變點(diǎn)且高于再結(jié)晶溫度，促進(jìn)有效的回復(fù)和再結(jié)晶消除晶格畸變和硬化結(jié)構(gòu)，使集聚的應(yīng)力完全被釋放，這樣即使在低溫的狀態(tài)下，壓力容器的韌性也能保持良好，不會發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。保溫的時(shí)間是焊后熱處理的另一個(gè)重要控制因素，要嚴(yán)格的按照相關(guān)的要求標(biāo)準(zhǔn)掌控好溫度差，對殘余的應(yīng)力進(jìn)行消散，而保溫時(shí)間的長短對于應(yīng)力的消散具有重要意義，保溫時(shí)間越長，應(yīng)力消除的就越徹底。加熱和冷卻的速度：加熱和冷卻的速度和聲很對因素都有關(guān)，例如鋼合金元素和其厚度、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度與其成反比，溫差過大會產(chǎn)生新的應(yīng)力，要實(shí)事求是，具體問題具體分析，根據(jù)焊接的工藝和具體流程來進(jìn)行選擇^[5]。

3.4 爆炸復(fù)合材料其他形式的熱處理

不同的材質(zhì)、性能、組織狀態(tài)和結(jié)構(gòu)等等當(dāng)面的因素，爆炸復(fù)合材料也能夠和需要進(jìn)行除退火以外的其他形式的熱處理，常見的有淬火、回火、正火等等。和退火的目的不同，以上這幾種形式可以使材料的某些物理、化學(xué)性能得到穩(wěn)固。舉個(gè)例子，熱軋制的不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）-普通鋼（A3） 復(fù)合板。在經(jīng)過正火以后，可以有效增強(qiáng)這種材料的耐腐蝕性能，而合金鋼-普通鋼復(fù)合板在經(jīng)歷了淬火后，其硬度得到了很大的提升，鋁合金的復(fù)合板在經(jīng)歷回火后，強(qiáng)度有了很大程度上的提升。所以，熱處理這種方式對基材的影響雖然不大，但是為這些材料后續(xù)的化學(xué)、物理性能的提升提供的良好的基礎(chǔ)，使后續(xù)的加工工序更加方便^[6，7]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文對低溫壓力容器焊后熱處理的方法進(jìn)行了探究，在經(jīng)過一系列的熱處理后，低溫壓力容器的性能能夠得到很大程度的改善，對其加工方式進(jìn)行精確的了解，并嚴(yán)格按照相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝進(jìn)行處理，就能夠達(dá)到良好的焊接效果，但是在其處理的過程中，依然存在著很多的問題需要我們?nèi)ソ鉀Q，尤其是很多的細(xì)節(jié)問題值得我們注意，對其處理過程進(jìn)行全程的監(jiān)督是十分必要的。在實(shí)際的處理過程中，工作人員還應(yīng)該具體問題具體分析，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，在處理工作開始之前做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，針對性的了解產(chǎn)品的性能，對各項(xiàng)產(chǎn)品的參數(shù)進(jìn)行出來了時(shí)要謹(jǐn)慎仔細(xì)，還要在結(jié)束后進(jìn)行嚴(yán)格的復(fù)查，確定其符合標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足任務(wù)處理的效果，低溫壓力容器焊后熱處理的方法具有很好的推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1]楊昆山.低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究[J].云南化工，2018（8）：204-206.

[2]蔡和僑.低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究[J].世界有色金屬，2018（5）：275+277.

[3]楊維維.低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究[J].現(xiàn)代鹽化工，2017（4）：67+69.

[4]石琳，任晶波，郭智，等.09MnNiDR鋼壓力容器焊后熱處理溫度評述[J].中國特種設(shè)備安全，2013（9）：34-36.

[5]傅家仁，戈兆文.大型壓力容器現(xiàn)場焊后熱處理實(shí)踐[J].中國鍋爐壓力容器安全，2003（5）：33-36.

[6]康鴻雁.低溫壓力容器焊后熱處理的方法[J].化工建設(shè)工程，2001（1）：34-35+40.

[7]王明明，崔政斌.化工壓力容器焊后熱處理探討[J].化工勞動(dòng)保護(hù)，2000（6）：198-199.

收稿日期：2019-07-31

作者簡介：姜哮龍（1985—），男，四川西昌人，本科，工程師，研究方向：焊接熱處理或無損檢測。