【专题研究】焊后消氢及热处理7

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1、重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下：　　（1）预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。　　（2）预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。　　（3）预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热

2、温度的提高，裂纹发生率下降。　　预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关，还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关，应综合考虑这些因素后确定。另外，预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度，应根据被焊工件的拘束度情况而定，一般应为焊缝区周围各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果预热不均匀，不但不减少焊接应力，反而会出现增大焊接应力的情况。焊后热处理的目的有三个：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。　　焊后消氢处理，

3、是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。　　在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏。　　消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松

4、弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。　　有些合金钢材料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能变坏。此外，这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下，可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后，接头的金相组织得到改善

5、，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。消氢处理是在300～400度加热温度范围内保温一段时间。目的是加速焊接接头中氢的逸出，消氢处理效果比低温后热更好。焊接后及焊后热处理，焊后及时后热及消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一，对于厚度超过100mm的厚壁压力容器及其他重要的产品构件，焊接过程中，为防止因厚板多道多层焊氢的积聚而导致的氢致裂纹，应进行2到3次中间消氢处理。压力容器设计中对热处理的考虑压力容器设计中对热处理的考虑热处理作为一种传统并行之有效的改善和恢复金属性能的方法

6、在压力容器设计、制造等环节中一直属于相对薄弱的环节。压力容器涉及四种热处理：焊后热处理（消除应力热处理）；改善材料性能热处理；恢复材料性能热处理；焊后消氢处理。这里重点对压力容器设计中应用广泛的焊后热处理的有关问题予以讨论。1、奥氏体不锈钢制压力容器是否需要焊后热处理焊后热处理是利用金属材料在高温下屈服极限的降低，使应力高的地方产生塑性流变，从而达到消除焊接残余应力的目的，同时可以改善焊接接头及热影响区的塑性和韧性，提高抗应力腐蚀的能力。这种消除应力的方法在具有体心立方晶体结构的碳素钢、低合金钢制压力容

7、器中被广泛采用。奥氏体不锈钢的晶体结构是面心立方，由于面心立方晶体结构的金属材料比体心立方具有更多的滑移面，因而表现出良好的韧性和应变强化性能。另外，在压力容器设计中，选用不锈钢往往是为了防腐蚀和满足温度的特殊要求这两个目的，加上不锈钢与碳素钢和低合金钢相比价格昂贵，所以其壁厚都不会很厚。因此，从正常操作的安全性考虑，没有必要对奥氏体不锈钢制压力容器提出焊后热处理的要求。至于因使用而出现的腐蚀，材料不稳定，如：疲劳，冲击载荷等不正常操作条件而带来的恶化情况，在常规设计中是难以考虑的。如果存在这些情况，需

8、要由有关的科技人员（如：设计、使用、科研等有关单位）经过深入研究，对比实验，拿出切实可行的热处理方案并确保压力容器的综合使用性能不受影响。否则，如果没有充分考虑热处理对于奥氏体不锈钢制压力容器的需要与可能，简单地类比碳素钢与低合金钢的情况而对奥氏体不锈钢提出热处理要求，往往是行不通的。在现行标准中，对奥氏体不锈钢制压力容器是否进行焊后热处理的要求比较含糊。在GB150—89《钢制压力容器》10.4.1.3中规定：“除图样另有规定外，冷成形的