浅谈化工设备设计中焊后热处理问题

刘 磊

（山西省化工设计院，山西 太原 030024）

热处理是一种能够很好地改善金属自身特性的手段，可提高金属的使用寿命和使用价值［1］。但是，热处理在很多方面都属于薄弱环节，如，压力容器设计、制造等化工设备处理环节中都需要妥善处理。压力容器共涉及到的处理方式包括，焊后热处理（主要是为了消除应力）、恢复材料性能热处理、焊后消氢处理等［2－3］。本文仅对其中的焊后热处理方法进行讨论和研究。这种热处理是在化工设备设计中应用最广泛的一种方式。

1 奥氏体不锈钢制压力容器焊后热处理

焊后热处理的一般操作过程是，利用金属在高温条件的影响下，使金属的应力随之发生变化，应力相对较高的地方会由于受到塑性的影响而发生变形，从而有效地消除了焊接残余应力［4］。另一方面，还可以改善焊接接头的各种不良因素影响，在金属的塑性和韧性两方面都能起到很好的作用。焊后热处理不仅切实保证金属抗应力腐蚀的问题得到有效解决，而且可以消除应力，应该广泛提倡和应用。具体应用范围为具有体心立方晶体结构的碳素钢和低合金钢制压力容器。奥氏体从微观结构看是面心立方体，这种结构具有一定的优越性，这种面心立方晶体结构的金属材料相对体心立方来说，具有更多的滑移面，从而使其表现出很好的韧性和应变强化性能。考虑到防腐蚀的问题和满足设备工作温度的问题，我们经常选用不锈钢材料，但是，不锈钢与碳素钢和低合金钢相比价格较高，所以化工设备设计时都会将其壁厚设计得很薄。所以，出于正常操作的安全性考虑，不对奥氏体进行焊后热处理。还有一些其他类型的问题，比如，因使用时间过长而导致的腐蚀问题，也会引起材料的不稳定；疲劳、冲击载荷等问题。这些也都是因不正常使用设备而造成的，在一般的设计中都是难以提前预料到的。倘若确实遇到了上面这些状况和问题，就要由相关人员采取相应的处理和补救措施，使热处理问题得到极大的改善，这样才能进一步保障压力容器的多重使用性能免受影响。否则，不考虑热处理对奥氏体不锈钢制压力容器的特殊要求，只是简单地参照其他类型的材料来处理是行不通的，简单的类比碳素钢和低合金钢而不对奥氏体不锈钢作出新的要求，其结果往往达不到理想的目标。

在现行使用标准中，对奥氏体不锈钢制压力容器的管理和维修工作还不是很明确，尤其是对其进行焊后热处理的规范还不清楚。在GB 150－89《钢制压力容器》10.4.1.3中这样说明：“除图样可以另外规定外，冷成形的奥氏体不锈钢封头不需要再次完成热处理操作”。

2 固定管板式换热器的焊后热处理

作为固定管板式换热器，因为结构特点的影响和限制，不能完成热处理的操作。有时还会因为壳层介质的毒性或应力腐蚀的特性而需要另一种方法来解决，如可以选择性地进行热处理。即，对换热器壳体先进行一次部件的相应处理，等到壳体和管板组相接触并紧密连接后，才可以对其进行局部相应的处理，如，对2道环焊缝进行热处理。某些设计人员在对金属材料进行处理的时候，不进行热处理，这种做法只适用于制冷业中壳程介质为液氨的处理，即这种做法是极错误的。

虽然说当前的压力容器设计仍存有不足，而且制造单位的管理制度还有些漏洞，对跨行业设计的问题没有提出很好的解决措施，也没有什么具体的要求，但是作为设计人员，应该对这些技术手段要做到活学活用，根据具体的实际情况给出解决方案。当借助其他行业压力容器技术解决问题的时候，应该全面理解问题、综合比较问题，从而解决问题。我们设计壳程介质为液氨的金属容器的时候，要注意的一个问题是从结构方面降低应力所造成的影响，从材料的角度调节强度和硬度的指标，这样一来就可以减少液氨应力所造成的腐蚀和开裂问题。因此，面对壳程介质为液氨的问题应该采用热处理方式，管壳式换热器及类似情况都是这样。

3 带夹套容器的焊后热处理

带夹套容器因为有外面的夹套起到保护和隔热的作用，在其内筒首先要进行一些热处理，与此同时进行水压实验。在压力容器内一般都存在很多接口用来对外连接，这些接口也都是焊在壳体上的，应该随容器一块进行后续的热处理工作。如果接管按照要求穿过筒体夹套包覆的机器零件时，整体夹套与接管就会无法相互适应，这样一来就只能选择其他方法进行处理，通常我们都是选择用分瓣组焊夹套的方式。这种方式的具体做法是，选择在内筒焊接夹套的地方先做初步的处理，将预焊件焊上，这样预焊件与就可以内筒体同时完成热处理的相关过程，最后，将分瓣的夹套与之前得到的大小均一的预焊件共同进行焊接处理，并最终形成相互组焊的结构。但是，这种处理措施并不简单，如果压力容器的夹套利用分瓣组焊的方式来处理，反而会使制造的难度有所增加。虽然那些接管被夹套所包覆着，但是却不能保证始终处于同一水平面上，那么接下来工作的压力和难度将会更大。

4 结束语

压力容器焊后还必须注意其他方面的事情，如，要完成多重性质的热处理，这个过程也包含了炉内分阶段热处理的过程，还有压力容器结构方面的问题，这些都是经常出现的问题，必须采取一定的措施对其进行解决。就目前的经济发展状况而言，热处理手段仍然是压力容器行业内唯一一种能够满足人们要求的方法，是被众多专家采纳的、专门用来消除焊接残余应力的有效措施。

［1］王非，孙建全.在化工设备设计中对焊后热处理的考虑［J］.化工设备与管道，2000，37（1）：45－46.

［2］姜亮亮，巩建鸣，耿鲁阳，等.焊后热处理对13MnNiMoR钢焊接接头在服役环境下SCC敏感性的影响［J］.压力容器，2012，29（4）：54－55.

［3］陈艳，唐前鹏，王孟君.SiCp／6061Al复合材料激光焊接焊后热处理［J］.热加工工艺，2007，36（11）：76－77.

［4］何敏.压力容器焊后热处理分析［J］.广东化工，2010，37（12）：141－142.