焊后熱處理一定都有利嗎？
焊接殘余應力是由于焊接引起焊件不均勻的溫度分布，焊縫金屬的熱脹冷縮等原因造成的，所以伴隨焊接施工必然會(huì )產(chǎn)生殘余應力。
消除殘余應力的最通用的方法是高溫回火，即將焊件放在熱處理爐內加熱到一定溫度和保溫一定時(shí)間，利用材料在高溫下屈服極限的降低，使內應力高的地方產(chǎn)生塑性流動(dòng)，彈性變形逐漸減少，塑性變形逐漸增加而使應力降低。
01
熱處理方法的選擇
焊后熱處理對金屬抗拉強度、蠕變極限的影響與熱處理的溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。焊后熱處理對焊縫金屬沖擊韌性的影響隨鋼種不同而不同。
焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理。對于氣焊焊口采用正火加高溫回火熱處理。這是因為氣焊的焊縫及熱影響區的晶粒粗大，需要細化晶粒，故采用正火處理。
然而單一的正火不能消除殘余應力，故需再加高溫回火以消除應力。單一的中溫回火只適用于工地拼裝的大型普通低碳鋼容器的組裝焊接，其目的是為了達到部分消除殘余應力和去氫。
絕大多數場(chǎng)合是選用單一的高溫回火。熱處理的加熱和冷卻不宜過(guò)快，力求內外壁均勻。
02
壓力容器采用的熱處理方法
壓力容器采用的熱處理方法有兩類(lèi)：一類(lèi)為改善機械性能的熱處理；一類(lèi)為焊后熱處理(PWHT)。廣義地說(shuō)，焊后熱處理就是在工件焊完之后對焊接區域或焊接構件進(jìn)行的熱處理。
具體內容包括消除應力退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、回火、低溫消除應力、析出熱處理等。
狹義地說(shuō)，焊后熱處理僅指消除應力退火，即為了改善焊接區的性能和消除焊接殘余應力等有害影響，從而對焊接區及有關(guān)部位在金屬相變2溫度點(diǎn)以下均勻而有充分地加熱，然后又均勻冷卻的過(guò)程。許多情況下所討論的焊后熱處理實(shí)質(zhì)上就是焊后消除應力熱處理。
03
焊后熱處理目的
1.松弛焊接殘余應力。
2.穩定結構的形狀和尺寸，減少畸變。
3.改善母材、焊接接頭的性能，包括：
a.提高焊縫金屬的塑性。
b.降低熱影響區硬度。
c.提高斷裂韌性。
d.改善疲勞強度。
e.恢復或提高冷成型中降低的屈服強度。
4.提高抗應力腐蝕的能力。
5.進(jìn)一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，尤其是氫，防止延遲裂紋的發(fā)生。
04
PWHT必要性的判斷
壓力容器有無(wú)焊后熱處理的必要，在設計上應加以明確規定，現行的壓力容器設計規范對此有要求。
焊制的壓力容器，焊接區存在著(zhù)較大的殘余應力，而殘余應力的不利影響。在一定的條件下才表現出來(lái)。當殘余應力與焊縫中的氫相結合時(shí)，將促使熱影響區硬化，導致冷裂紋和延遲裂紋的產(chǎn)生。
殘存在焊縫中的靜應力或負載運行中的動(dòng)載應力與介質(zhì)的腐蝕作用相結合時(shí)，將有可能引起裂紋狀腐蝕，即所謂應力腐蝕。焊接殘余應力及由焊接引起的母材淬硬是產(chǎn)生應力腐蝕裂紋的重要因素。
研究結果表明，變形和殘余應力對金屬材料的主要影響，在于使金屬從均勻腐蝕轉變?yōu)榫植扛g，即轉變?yōu)榫чg或穿晶腐蝕。當然，金屬的腐蝕破裂和晶間腐蝕均出現在對該種金屬具有一定特性的介質(zhì)中。
在殘余應力存在的情況下，根據侵蝕性介質(zhì)的成分、濃度和溫度的不同，以及母材與焊接區的成分、組織、表面狀態(tài)、應力狀態(tài)等存在的差異而有所不同，從而，使腐蝕破壞的性質(zhì)可能改變。
焊接的壓力容器是否需要做焊后熱處理，應從容器的用途、尺寸(特邊是壁板厚度)，所用材料的性能以及工作條件等方面綜合考慮決定。有下列情況之一的，應考慮焊后熱處理：
1.使用條件苛刻，如在低溫下工作有發(fā)生脆性斷裂危險的厚壁容器，承受較大載荷和交變載荷的容器。
2.厚度超過(guò)一定限度的焊制壓力容器。包括鍋爐、石油化工壓力容器等有專(zhuān)門(mén)規程、規范的。
3.對尺寸穩定性較高的壓力容器。
4.由淬硬傾向大的鋼材制造的容器。
5.有應力腐蝕開(kāi)裂危險的壓力容器。
6.其他有專(zhuān)門(mén)規程、規范以及圖樣予以規定的壓力容器。
在鋼制焊接壓力容器中，在靠近焊縫的區域內形成達到屈服點(diǎn)的殘余應力。這種應力的產(chǎn)生與拌有奧氏體的組織轉變有關(guān)。許多研究者指出，為了消除焊后的殘余應力，650度的回火對鋼制焊接壓力容器能產(chǎn)生良好的影響。
同時(shí)認為，如果在焊后不進(jìn)行適當的熱處理，就始終不能得到耐腐蝕的焊接接頭。
一般認為，消除應力熱處理屬于焊接工件被加熱到500-650度而后再緩慢冷卻的過(guò)程。應力的降低起因于高溫下的蠕變，在碳鋼中從450度開(kāi)始出現，在含鉬的鋼中，從550度開(kāi)始出現。
溫度越高，應力越易于消除。但是一旦超過(guò)鋼材的原始回火溫度，鋼的強度便要降低。所以消除應力的熱處理一定要掌握好溫度和時(shí)間兩個(gè)要素，缺一不可。然而在焊件內應力中，總是伴生著(zhù)拉伸應力與壓縮應力，應力與彈性變形同時(shí)存在。當鋼材的溫度升高，屈服強度下降，原有的彈性形變會(huì )變成塑性形變，從而是應力松弛。
加熱溫度越高，內應力消除越充分。但溫度過(guò)高時(shí)將使鋼材表面嚴重氧化。另外，對于調質(zhì)鋼的PWHT溫度，應以不超過(guò)鋼材原回火溫度為原則，一般比鋼材原回火溫溫度低30度左右，否則材料就會(huì )失去調質(zhì)效果，強度和斷裂韌性就會(huì )降低。這一點(diǎn)對于熱處理工作者來(lái)說(shuō)，應予以特邊關(guān)注。
消除內應力的焊后熱處理溫度越高，鋼材軟化程度越大，通常加熱到鋼材的再結晶溫度，內應力就可消除，再結晶溫度與熔化溫度有密切關(guān)系。一般地，再結晶溫度K=0.4X熔化溫度(K)。熱處理溫度越接近再結晶溫度，消除殘余應力越有效。
04
PWHT綜合效果的考慮
焊后熱處理并非是絕對有利的。一般情況下，焊后熱處理有利于緩和殘余應力，并對應力腐蝕有嚴格要求的情況下才進(jìn)行。但是，試件的沖擊韌性試驗表明，焊后熱處理對熔敷金屬和焊接熱影響區的韌性提高不利，有時(shí)在焊接熱影響區的晶粒粗化范圍內還可能發(fā)生晶間開(kāi)裂。
再則，PWHT是依靠在高溫下材料強度的降低來(lái)實(shí)現消除應力的，因此，在PWHT時(shí)，結構有可能失去剛性，對于采取整體或局部PWHT的結構，熱處理前必須考慮焊件在高溫下的支承能力。
所以，在考慮是否進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，應將熱處理的有利和不利兩個(gè)方面綜合比較。從結構性能上來(lái)看，有使性能提高的一面，也有使性能降低的一面，應在綜合考慮兩方面的基礎工作上做出合理的判斷。
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