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壓力容器設(shè)計中的熱處理問題分析

2018/8/1 11:23:15    作者：  閱讀：

一、簡述熱處理技術(shù)原理

金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定的時間，又以不同速度冷卻的一種工藝。它是機(jī)械制造中重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改過工件內(nèi)部的顯微組織或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成型工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。金屬熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程。這個過程相互銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一，方法很多。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一。選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被熱處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此，當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時，需在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。冷卻是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要控制冷卻速度。一般退火冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種的不同而有不同的要求。

二、壓力容器焊后熱處理的必要性和目的

壓力容器設(shè)計依據(jù)是給定的工藝尺寸和工作條件，考慮制造和安裝檢修的要求，對壓力容器各個元件正確的選擇材料全面地進(jìn)行載荷分析、應(yīng)力分析。選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，并確定既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的強(qiáng)度尺寸。它通常在苛刻的操作條件下，長期連續(xù)工作的，一臺壓力容器的失效甚至一個零件的破壞，往往導(dǎo)致整套裝置的停工，以致給國家財產(chǎn)和人員安全造成嚴(yán)重?fù)p失，因而，保證壓力容器的長期安全運行對石油化學(xué)等過程工業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的意義。壓力容器的安全性首先決定于材料的選擇，而金屬材料的性能不僅與其化學(xué)成分、金相組織有關(guān)，而且與熱處理狀態(tài)緊密相關(guān)，熱處理是改善金屬材料及其制品性能的重要工序。GB150明確規(guī)定了各種壓力容器鋼板在其使用中的熱處理狀態(tài)。如：熱軋狀態(tài)、正火狀態(tài)、回火狀態(tài)、正火+ 高溫回火狀態(tài)、調(diào)質(zhì)狀態(tài)、固溶狀態(tài)和穩(wěn)定化狀態(tài)。壓力容器熱處理效果的優(yōu)劣，將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

三、熱處理的種類和作用

熱處理的種類很多，分類方法亦各不相同。壓力容器行業(yè)習(xí)慣依據(jù)其目的的不同，將常用的熱處理方法分為四大類，即焊后熱處理、恢復(fù)力學(xué)性能熱處理、改善力學(xué)性能熱處理及消氫熱處理。

在壓力容器行業(yè)中，通常所說的焊后熱處理是指為改善焊接接頭的組織和性能，消除焊接殘余應(yīng)力等影響，將焊接接頭及其鄰近局部在金屬相變點以下均勻加熱到足夠高的溫度，并保持一定的時間，然后緩慢冷卻的過程，稱為“消除應(yīng)力退火”或“消除應(yīng)力熱處理”。在壓力容器技術(shù)文件和標(biāo)準(zhǔn)中的焊后熱處理，主要指“消除應(yīng)力熱處理?！毕龖?yīng)力熱處理可以松弛焊接殘余應(yīng)力，軟化淬硬區(qū)，改變組織形態(tài)，減少含氫量，尤其是提高某些鋼種的沖擊韌性，改善力學(xué)性能。

四、需進(jìn)行焊后熱處理的條件

在壓力容器設(shè)計中，應(yīng)科學(xué)設(shè)定設(shè)備是否需要進(jìn)行焊后熱處理。因容器的焊后熱處理需要大型熱處理裝備，消耗大量能源，應(yīng)綜合考慮容器的安全性與經(jīng)濟(jì)性。目前，人們雖然已認(rèn)識到過大的焊接應(yīng)力會對容器的安全產(chǎn)生危害，但由于多種因素交互影響的復(fù)雜性，尚難判斷將焊接應(yīng)力限制在什么水平下是適宜的。