低温压力容器焊后热处理的方法探究

摘  要：低温压力容器在化学、食品等加工产业链中都占据着重要的地位，因此压力容器的安全性能必须在制作过程中得到保障，要严格按照生产标准来使压力容器可靠、安全。基于此，本文对低温压力容器焊后热处理的方法方法进行了探究，为工作人员提供建议。

关键词：低温压力容器;焊后热处理;方法

中图分类号：TG441.8    文献标识码：A    文章編号：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

压力容器一旦处于低温中，构成它的金属材料就会就会因为耐受性较差而韧性下降，因此压力容器的设计必须要考虑到这点因素，使其质量能够适应脆性转变温度，防止压力容器在处于低温中而导致的机器故障以及一系列严重的安全问题，进而造成灾难性的事故。这就要求工作人员在对压力容器进行设计时，要将设计温度和压力作为重要条件来进行设计，综合考虑设计的结构、材料、温度等等方面的因素^[1]。低温压力容器的焊后热处理工作十分复杂，因此工作人员应该在每个细节中落实实事求是的精神。

1 设计温度

设计温度是工作人员在进行设计时应该考虑的首要因素，根据相关的设计标准，设计要综合考虑介质温度和环境温度两个方面，并且要做到具体问题具体分析。不同的环境中材料的选取、结构的设计都有着很大的差别，一般来说，设计温度以-20℃为标准，在温度高于此标准或者低于此标准时，设计都存在着很大的差异，首先要在设计设备中明确设计的温度，并且综合考虑压力因素，对环境因素、保温工作、冷措施等等工作进行分析，在施工工程中针对于如何合理设计低温压力容器的温度这一问题，我们从以下方面进行研究：

元件金属沿截面厚度的平均温度被称作为金属温度系，而其两侧的流体温度出现不一致时，计算其表面温度时，可利用传热计算的模式算出，在实际的运算中，我们还应该熟练掌握各种数据之间的关系，具体的内容有：通过流体与壁面间的给热、元件金属热量传导、污垢热阻等，从而代入计算。然而，目前一些很多数据无法查出，比如介质的传热系数K值、给热系数α值等，因此，在实际的计算中以经验代入为主^[2]。针对当前已经有生产运行的同类容器，要想确实其受压元件金属温度值往往是以实际测定的方式来完成。针对露天厂房或者是无采暖措施的厂房内的容器，壳体金属温度需要考虑到环境气温条件给其带来的影响。

2 材料选择

要想提升低温压力容器的耐寒性能和整体质量，就要从其使用的材料入手，尽量选取机械性能好的材料，尤其是在选择金属材料时，应该选取耐寒性较强的金属材料。一般的金属材料在低温的状态下很容易发生断裂，无法实现其工作效果，因此我们应该想办法提升金属材料在低温状态下的韧性。例如，在炼钢的过程中在材料中融入镍这一金属材料，这主要是因为镍能够在很大程度上改变位错运动，避免应力高度集中到一个部位，这样可以有效提升金属材料的韧性，我们还可以采用将钢材料进行正火处理的方式来提升钢材的韧性，因为在这个过程中，晶粒被细化，中轧温度降低，冷却速率发生改变，显微组织可以实现均匀分布。由于金属材料不同，我们在选取不同温度、低温压力容器用钢时可以分为以下几种方式：

（1）设计的温度低于-20℃，高于-40℃时，钢材的选取通常以低碳锰钢为主;（2）设计的温度低于-40℃，高于196℃时，钢材的选取通常以镍钢为主;（3）设计的温度低于-196℃，高于-273℃时，钢材的选取通常以铬镍奥式体高合金钢为主。同时还应该注意的是，碳素钢以及低合金钢合体钢板的厚度如果有大于20mm的情况，需要进行超声波检验，确保所使用的材料全部都能够达到相关的标准，对于铬镍奥体高合金钢，在使用之前要进行硬化，这样有利于提升其强度^[3]。

3 低温压力容器的焊后热处理

3.1 整体的热处理方法

（1）在固定炉中进行整体的热处理，这种方式可以使材料均匀受热，加热的温度保持稳定，防止温差过大导致的受热不均匀等情况的发生，容易操作和控制，并且具有很好的保温效果，这种方法在容器大小小于热处理炉的低温压力容器中较为常用;（2）在固定炉中进行分段加热，这种方法多用于长度较长的容器，一般将其分为两段，选取其中的一段首先进行加热，再加热使另一个方向的材料受热，在这个过程中，有1.5米左右的材料已经经历了两次加热，因此对资源的耗费很大，对加热的温度也很难掌握;（3）在固定炉外进行热处理，这种方法主要针对于一些大型的设备，这种方法的缺点有：温度难以掌控、温差不能调节、温速难以掌握等等，且耗费燃料和电量。

3.2 压力容器热处理

压力容器和受压元件在低温的状态下韧性降低，很容易发生断裂，因此工作时人员应该做好保险措施，首先要严格按照相关标准的要求进行图纸的设计，确认设计科学合理后再进行焊接处理。焊后热处理的方式主要有内热处理、分段热处理以及整体炉外热处理，一般来说我们常采用炉内热处理这种方式，炉内热处理的步骤是：先将炉内的温度调节到相关标准规定的温度，保证炉内的温差不要太大，受热要均匀，火焰不能够直接喷射到钢材上;分段热处理是将材料以分段的方式进行处理，使炉内的温度保持在一定的范围内，防止温度的梯度变化对材料性能产生较大的影响;在使用整体炉外热处理方法进行处理时，应该综合考虑多种方面的因素，例如气温、环境等等，排除不利影响，在处理的过程中还要采取多种措施来保证材料均匀受热，温度稳定，避免被加热件、支撑结构等因为热胀冷缩造成压力元件变形^[4]。

3.3 焊后热处理的质量

质量的控制是热处理的核心阶段，低温钢压力容器在焊接后会产生内部应力，进而导致材料在低温的情况下韧性减弱，很容易发生断裂的情况，而焊后热处理的方式能够使焊后的应力发生减弱，对金属焊缝中的参与氢气进行清除，对热影响区和加工变形区的组织进行软化，在很大程度上提升了低温钢压力容器在低温中耐寒性能，因此，焊后热处理这种方式对低温钢压力容器具有重要意义，能够有效提升其整体的质量，焊后热处理的方法有很多，主要有局部热处理、炉整体热处理、副炉热处理、整体内部热处理四种。其中使用最为广泛的是整体热处理这种方法，能够有效消除金属焊缝中的氢气，有研究表明，整体热处理对氢气的清除范围达到90%以上。焊后热处理的有效进行需要综合考虑各个方面的因素，例如材料、尺寸、加热手段等等，还应该对保温的温度进行严格的把控，保温的温度范围应该低于转变点且高于再结晶温度，促进有效的回复和再结晶消除晶格畸变和硬化结构，使集聚的应力完全被释放，这样即使在低温的状态下，压力容器的韧性也能保持良好，不会发生断裂的现象。保温的时间是焊后热处理的另一个重要控制因素，要严格的按照相关的要求标准掌控好温度差，对残余的应力进行消散，而保温时间的长短对于应力的消散具有重要意义，保温时间越长，应力消除的就越彻底。加热和冷却的速度：加热和冷却的速度和声很对因素都有关，例如钢合金元素和其厚度、结构的复杂程度与其成反比，温差过大会产生新的应力，要实事求是，具體问题具体分析，根据焊接的工艺和具体流程来进行选择^[5]。

3.4 爆炸复合材料其他形式的热处理

不同的材质、性能、组织状态和结构等等当面的因素，爆炸复合材料也能够和需要进行除退火以外的其他形式的热处理，常见的有淬火、回火、正火等等。和退火的目的不同，以上这几种形式可以使材料的某些物理、化学性能得到稳固。举个例子，热轧制的不锈钢（1Cr18Ni9Ti）-普通钢（A3） 复合板。在经过正火以后，可以有效增强这种材料的耐腐蚀性能，而合金钢-普通钢复合板在经历了淬火后，其硬度得到了很大的提升，铝合金的复合板在经历回火后，强度有了很大程度上的提升。所以，热处理这种方式对基材的影响虽然不大，但是为这些材料后续的化学、物理性能的提升提供的良好的基础，使后续的加工工序更加方便^[6，7]。

4 结语

综上所述，本文对低温压力容器焊后热处理的方法进行了探究，在经过一系列的热处理后，低温压力容器的性能能够得到很大程度的改善，对其加工方式进行精确的了解，并严格按照相关的质量标准和工艺进行处理，就能够达到良好的焊接效果，但是在其处理的过程中，依然存在着很多的问题需要我们去解决，尤其是很多的细节问题值得我们注意，对其处理过程进行全程的监督是十分必要的。在实际的处理过程中，工作人员还应该具体问题具体分析，对产品的结构进行完善，在处理工作开始之前做好相关的准备工作，针对性的了解产品的性能，对各项产品的参数进行出来了时要谨慎仔细，还要在结束后进行严格的复查，确定其符合标准，能够满足任务处理的效果，低温压力容器焊后热处理的方法具有很好的推广意义。

参考文献

[1]杨昆山.低温压力容器焊后热处理的方法探究[J].云南化工，2018（8）：204-206.

[2]蔡和侨.低温压力容器焊后热处理的方法探究[J].世界有色金属，2018（5）：275+277.

[3]杨维维.低温压力容器焊后热处理的方法探究[J].现代盐化工，2017（4）：67+69.

[4]石琳，任晶波，郭智，等.09MnNiDR钢压力容器焊后热处理温度评述[J].中国特种设备安全，2013（9）：34-36.

[5]傅家仁，戈兆文.大型压力容器现场焊后热处理实践[J].中国锅炉压力容器安全，2003（5）：33-36.

[6]康鸿雁.低温压力容器焊后热处理的方法[J].化工建设工程，2001（1）：34-35+40.

[7]王明明，崔政斌.化工压力容器焊后热处理探讨[J].化工劳动保护，2000（6）：198-199.

收稿日期：2019-07-31

作者简介：姜哮龙（1985—），男，四川西昌人，本科，工程师，研究方向：焊接热处理或无损检测。