低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究

摘要：隨著產業的細分和升級，當前低溫壓力容器在化學、食品等加工產業廣為使用，因此壓力容器的安全性能必須在制作過程中得到保障，要嚴格按照生產標準來保證壓力容器可靠、安全等性能達標，本文就此展開探討。

關鍵詞：低溫壓力容器;焊后熱處理;方法

為了防止壓力容器在處于低溫中而導致的機器故障以及一系列嚴重的安全問題，進而造成災難性的事故。這就要求工作人員在對壓力容器進行設計時，要將設計溫度和壓力作為重要條件來進行設計，綜合考慮設計的結構、材料、溫度等等方面的因素。

一、設計溫度

設計溫度是工作人員在進行設計時應該考慮的首要因素，根據相關的設計標準，設計要綜合考慮介質溫度和環境溫度兩個方面，并且要做到具體問題具體分析。不同的環境中材料的選取、結構的設計都有著很大的差別，一般來說，設計溫度以-20℃為標準，在溫度高于此標準或者低于此標準時，設計都存在著很大的差異，首先要在設計設備中明確設計的溫度，并且綜合考慮壓力因素，對環境因素、保溫工作、冷措施等等工作進行分析，在施工工程中針對于如何合理設計低溫壓力容器的溫度這一問題，我們從以下方面進行研究：

組件金屬沿截面厚度的平均溫度被稱作為金屬溫度系，而其兩側的流體溫度出現不一致時，計算其表面溫度時，可利用傳熱計算的模式算出，在實際的運算中，我們還應該熟練掌握各種數據之間的關系，具體的內容有：通過流體與壁面間的給熱、組件金屬熱量傳導、污垢熱阻等，從而代入計算。然而，目前一些很多數據無法查出，比如介質的傳熱系數K值、給熱系數α值等，因此，在實際的計算中以經驗代入為主。針對當前已經有生產運行的同類容器，要想確實其受壓組件金屬溫度值往往是以實際測定的方式來完成。針對露天廠房或者是無采暖措施的廠房內的容器，殼體金屬溫度需要考慮到環境氣溫條件給其帶來的影響。

二、材料選擇

要想提升低溫壓力容器的耐寒性能和整體質量，就要從其使用的材料入手，盡量選取機械性能好的材料，尤其是在選擇金屬材料時，應該選取耐寒性較強的金屬材料。一般的金屬材料在低溫的狀態下很容易發生斷裂，無法實現其工作效果，因此我們應該想辦法提升金屬材料在低溫狀態下的韌性。例如，在煉鋼的過程中在材料中融入鎳這一金屬材料，這主要是因為鎳能夠在很大程度上改變位錯運動，避免應力高度集中到一個部位，這樣可以有效提升金屬材料的韌性，我們還可以采用將鋼材料進行正火處理的方式來提升鋼材的韌性，因為在這個過程中，晶粒被細化，中軋溫度降低，冷卻速率發生改變，顯微組織可以實現均勻分布。由于金屬材料不同，我們在選取不同溫度、低溫壓力容器用鋼時可以分為以下幾種方式：

（1）設計的溫度低于-20℃，高于-40℃時，鋼材的選取通常以低碳錳鋼為主;（2）設計的溫度低于-40℃，高于196℃時，鋼材的選取通常以鎳鋼為主;（3）設計的溫度低于-196℃，高于-273℃時，鋼材的選取通常以鉻鎳奧式體高合金鋼為主。同時還應該注意的是，碳素鋼以及低合金鋼合體鋼板的厚度如果有大于20mm的情況，需要進行超聲波檢驗，確保所使用的材料全部都能夠達到相關的標準，對于鉻鎳奧體高合金鋼，在使用之前要進行硬化，這樣有利于提升其強度。

三、低溫壓力容器的焊后熱處理

（一）整體的熱處理方法

（1）在固定爐中進行整體的熱處理，這種方式可以使材料均勻受熱，加熱的溫度保持穩定，防止溫差過大導致的受熱不均勻等情況的發生，容易操作和控制，并且具有很好的保溫效果，這種方法在容器大小小于熱處理爐的低溫壓力容器中較為常用;（2）在固定爐中進行分段加熱，這種方法多用于長度較長的容器，一般將其分為兩段，選取其中的一段首先進行加熱，再加熱使另一個方向的材料受熱，在這個過程中，有1.5米左右的材料已經經歷了兩次加熱，因此對資源的耗費很大，對加熱的溫度也很難掌握;（3）在固定爐外進行熱處理，這種方法主要針對于一些大型的設備，這種方法的缺點有：溫度難以掌控、溫差不能調節、溫速難以掌握等等，且耗費燃料和電量。

（二）壓力容器熱處理

壓力容器和受壓組件在低溫的狀態下韌性降低，很容易發生斷裂，因此工作時人員應該做好保險措施，首先要嚴格按照相關標準的要求進行圖紙的設計，確認設計科學合理后再進行焊接處理。焊后熱處理的方式主要有內熱處理、分段熱處理以及整體爐外熱處理，一般來說我們常采用爐內熱處理這種方式，爐內熱處理的步驟是：先將爐內的溫度調節到相關標準規定的溫度，保證爐內的溫差不要太大，受熱要均勻，火焰不能夠直接噴射到鋼材上;分段熱處理是將材料以分段的方式進行處理，使爐內的溫度保持在一定的范圍內，防止溫度的梯度變化對材料性能產生較大的影響;在使用整體爐外熱處理方法進行處理時，應該綜合考慮多種方面的因素，例如氣溫、環境等等，排除不利影響，在處理的過程中還要采取多種措施來保證材料均勻受熱，溫度穩定，避免被加熱件、支撐結構等因為熱脹冷縮造成壓力組件變形。

（三）焊后熱處理的質量

質量的控制是熱處理的核心階段，低溫鋼壓力容器在焊接后會產生內部應力，進而導致材料在低溫的情況下韌性減弱，很容易發生斷裂的情況，而焊后熱處理的方式能夠使焊后的應力發生減弱，對金屬焊縫中的參與氫氣進行清除，對熱影響區和加工變形區的組織進行軟化，在很大程度上提升了低溫鋼壓力容器在低溫中耐寒性能，因此，焊后熱處理這種方式對低溫鋼壓力容器具有重要意義，能夠有效提升其整體的質量，焊后熱處理的方法有很多，主要有局部熱處理、爐整體熱處理、副爐熱處理、整體內部熱處理四種。其中使用最為廣泛的是整體熱處理這種方法，能夠有效消除金屬焊縫中的氫氣，有研究表明，整體熱處理對氫氣的清除范圍達到90%以上。焊后熱處理的有效進行需要綜合考慮各個方面的因素，例如材料、尺寸、加熱手段等等，還應該對保溫的溫度進行嚴格的把控，保溫的溫度范圍應該低于轉變點且高于再結晶溫度，促進有效的回復和再結晶消除晶格畸變和硬化結構，使集聚的應力完全被釋放，這樣即使在低溫的狀態下，壓力容器的韌性也能保持良好，不會發生斷裂的現象。保溫的時間是焊后熱處理的另一個重要控制因素，要嚴格的按照相關的要求標準掌控好溫度差，對殘余的應力進行消散，而保溫時間的長短對于應力的消散具有重要意義，保溫時間越長，應力消除的就越徹底。加熱和冷卻的速度：加熱和冷卻的速度和聲很對因素都有關，例如鋼合金元素和其厚度、結構的復雜程度與其成反比，溫差過大會產生新的應力，要實事求是，具體問題具體分析，根據焊接的工藝和具體流程來進行選擇。

（四）爆炸復合材料其他形式的熱處理

不同的材質、性能、組織狀態和結構等等當面的因素，爆炸復合材料也能夠和需要進行除退火以外的其他形式的熱處理，常見的有淬火、回火、正火等等。和退火的目的不同，以上這幾種形式可以使材料的某些物理、化學性能得到穩固。舉個例子，熱軋制的不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）-普通鋼（A3）復合板。在經過正火以后，可以有效增強這種材料的耐腐蝕性能，而合金鋼-普通鋼復合板在經歷了淬火后，其硬度得到了很大的提升，鋁合金的復合板在經歷回火后，強度有了很大程度上的提升。所以，熱處理這種方式對基材的影響雖然不大，但是為這些材料后續的化學、物理性能的提升提供的良好的基礎，使后續的加工工序更加方便。

綜上所述，在實際的處理過程中，工作人員還應該具體問題具體分析，對產品的結構進行完善，在處理工作開始之前做好相關的準備工作，針對性的了解產品的性能，對各項產品的參數進行出來了時要謹慎仔細，還要在結束后進行嚴格的復查，確定其符合標準，能夠滿足任務處理的效果。

參考文獻：

[1]楊昆山.低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究[J].云南化工，2018（8）：204-206.

[2]蔡和僑.低溫壓力容器焊后熱處理的方法探究[J].世界有色金屬，2018（5）：275+277.

作者簡介：

薛鋼，沈陽東方鈦業股份有限公司。