壓力容器設(shè)計中的熱處理問題分析

1、<p>　　壓力容器設(shè)計中的熱處理問題分析</p><p>　　摘要：金屬的性能通過熱處理可以得到良好的改善。壓力容器在設(shè)計的過程中如果進行了熱處理，如焊后熱處理，就可以使焊接的殘余應力大大的降低，并且使焊接處的接頭性能大大提高。本文就壓力容器設(shè)計中熱處理問題進行深入探討，首先從相關(guān)概念入手，然后重點分析了不同壓力容器中的熱處理問題。目的是不斷提高壓力容器設(shè)計中的熱處理水平。 </p>&

2、lt;p>　　關(guān)鍵詞：壓力容器設(shè)計熱處理問題分析 </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　一、壓力容器及熱處理相關(guān)概述 </p><p>　　壓力容器在我們的工業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的作用，主要用途主要有：盛裝氣體或者液體，并且能夠承受一定程度的壓力，被廣泛的應用到能源工業(yè)、軍隊工程、科學研究事業(yè)以及石油化工

3、工程等多種行業(yè)中。壓力容器是工業(yè)安全和達標生產(chǎn)過程中的一項重要設(shè)備。 </p><p>　　壓力容器是否能夠安全運行與它的設(shè)計是緊密相連的。壓力容器的安全運行直接關(guān)系到國家的財產(chǎn)安全和人們的生命安全甚至影響到整個社會的穩(wěn)定。容器能夠承受壓力的各個部件的斷裂破壞伴隨著介質(zhì)能量的釋放會形成一定程度的爆炸，具有很大的殺傷力，會造成大面積的破壞和對人身的傷害。壓力容器的爆炸事件不僅影響壓力容易本身的使用，還給周圍的設(shè)備和

4、建筑造成一定的損害，有時還會引起重大的傷亡，甚至爆炸過程中釋放的有毒物質(zhì)還會對周圍居民的生活造成影響，留下讓人惶恐的后遺癥。在壓力容器的設(shè)計過程中，往往會涉及到一些很復雜很有技術(shù)含量的處理，其中的熱處理就是一項技術(shù)要求相當嚴格的環(huán)節(jié)，還包括其他的一些傳統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。熱處理技術(shù)對壓力容器金屬材料的改善以及完善起到很重要的作用。但是熱處理作為一種傳統(tǒng)并行之有效的改善和恢復金屬性能的方法在壓力容器設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)中一直屬于相對薄弱的環(huán)節(jié)。因此

5、，為了保證壓力容器的安全運行，有必要探討壓力容器設(shè)計中的熱處理問題。 </p><p>　　隨著我國生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，我國的自然科學也有了突飛猛進的發(fā)展。其中金屬熱處理工藝學和很多自然科學一樣，也有了很大的進步并與其他科學技術(shù)緊密相連。熱處理工藝是古代冶金技術(shù)發(fā)展的結(jié)果,是作為冶金技術(shù)的一部分，逐漸發(fā)展而形成的一門科學。熱處理工藝一般分為最終熱處理和預先熱處理兩大類，其中最終熱處理的目的主要是讓零件或者產(chǎn)品能夠達

6、到設(shè)計使用的性能要求；而預先熱處理的目的則主要是消除或者是改善前工序過程中所引起的缺陷，這主要是為后面的工作做性能準備和組織準備的。都是同一種熱處理的方式，但是作用于不同的對象，就被分別稱為最終熱處理和預先熱處理。 </p><p>　　壓力容器設(shè)計中的熱處理分析 </p><p>　　壓力容器涉及四種熱處理：焊后熱處理（消除應力熱處理）；改善材料性能熱處理；恢復材料性能熱處理；焊后消氫處

7、理。這里重點對壓力容器設(shè)計中應用廣泛的焊后熱處理的有關(guān)問題予以討論。 </p><p>　?。ㄒ唬W氏體不銹鋼制壓力容器是否需要焊后熱處理焊后熱處理主要是指利用高溫下金屬有極強的可塑性，使應力高的地方能夠產(chǎn)生塑性流變，以便消除焊接接頭處殘余應力的目的，與此同時可以改善焊接接頭以及熱影響區(qū)的韌性，提高它的抗腐蝕能力。這種焊后熱處理的方法在工業(yè)中被廣泛運用。其中奧氏體不銹鋼晶體結(jié)構(gòu)是面心立方的，由于面心立方有很多的滑

8、移面，所以它有很強的韌性和應變強化性能。除此之外，壓力容器設(shè)計的過程中選擇不銹鋼作為原材料主要目的是為了抗腐蝕和滿足溫度，而且不銹鋼相比其他原材料來講價格比較高，壁也不是很厚。所以，從生產(chǎn)的安全性來考慮的話，沒有必要對奧氏體不銹鋼制壓力容器進行焊后熱處理。如果壓力容器使用過程中出現(xiàn)了被腐蝕的現(xiàn)象而造成惡化現(xiàn)象，那么此時相關(guān)的科技人員應該對其進行深入研究，做出切實可行的方案確保壓力容器的使用不受影響。 </p><p&

9、gt;　　目前，現(xiàn)有的生產(chǎn)標準中，奧氏體不銹鋼制壓力容器是否要進行焊后熱處理并沒有做出明確的規(guī)定。但是奧氏體不銹鋼一般是不需要進行熱處理的，一些特殊的奧氏體不銹鋼需要根據(jù)規(guī)定對其進行熱處理。 </p><p>　　爆炸不銹鋼復合鋼板制容器的熱處理爆炸不銹鋼復合鋼板有著優(yōu)越的耐腐蝕性和很好的機械強度，它將兩者進行了完美的結(jié)合，并且性價比極高。所以在壓力容器的設(shè)計中應用越來越廣泛，但是這種材料的熱處理問題也應該引起設(shè)

10、計人員的重視。對于復合板，壓力容器的設(shè)計人員往往重視的是技術(shù)指標的結(jié)合率，而對于它的熱處理問題往往考慮的很少或者有些技術(shù)人員認為它應該由相關(guān)的技術(shù)標準和制造成來考慮。 </p><p>　　爆炸加工金屬復合板的過程，其實是一個在金屬表面加上更多能量的過程。在高速脈沖作用下，復材向基材傾斜碰撞，在金屬射流狀態(tài)下，復層金屬與基層金屬間形成鋸齒狀的復合界面，達到原子間的結(jié)合。經(jīng)過爆炸加工以后的金屬材料，實際上是做了一次

11、應變強化的加工過程。造成的結(jié)果是直接使它的抗拉強度上升，塑性指標下降，屈服強度值不明顯。對此，鈦―鋼復合板與鎳―鋼復合板都要求復合板經(jīng)爆炸復合后，應進行消除應力熱處理。在現(xiàn)行的有關(guān)技術(shù)標準中對于爆炸加工后的奧氏體不銹鋼板是否進行熱處理和怎樣熱處理的問題表達的比較含混。有些規(guī)定中提到：可以根據(jù)雙方的需求達成協(xié)議，可以進行熱處理也可以不進行熱處理。有些規(guī)定提到復合鋼板需要進行熱處理并進行校平、剪邊等。但是基于經(jīng)過熱處理好出現(xiàn)的諸多優(yōu)勢，建議

12、在設(shè)計不銹鋼復合鋼板容器和制定容器時進行熱處理加工，并且加工應該同時考慮到材料的熱處理要求和熱處理對材料性能的影響。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，適當?shù)恼{(diào)整熱處理的溫度，并通過不斷的處理實驗使其成功。 </p><p>　　能否用其他方式代替設(shè)備的整體熱處理 考慮到不同制造成條件的不同和經(jīng)濟利益，很多相關(guān)技術(shù)人員曾經(jīng)試圖用其他方法來代替壓力容器的熱處理，雖然這些創(chuàng)新的技術(shù)對社會的進步是有益的，也是難能可貴的，但是到目前為止，還

13、未探索到能夠替代壓力容器熱處理的新方法。在目前的規(guī)定中，仍然沒有放寬對熱處理的整體要求。在探索的各種熱處理替代方法中比較有實效的有以下幾種：局部熱處理；焊接法消除焊接殘余應力及熱水浴法和震動法；錘擊法消除焊接殘余應力等。 </p><p>　　局部熱處理是指在GB150―1998《鋼制壓力容器》10.4.5.3中規(guī)定：“B、C、D類焊接接頭，球形封頭與圓筒相連的A類焊接接頭以及缺陷焊補部位，允許采用局部熱處理方法

14、。”這條規(guī)定意味著筒體上的A類焊縫不允許采用局部熱處理方法，即：整臺設(shè)備不允許采用局部熱處理方法，原因之一是焊接殘余應力不能夠?qū)ΨQ消除。錘擊法消除焊接殘余應力：即通過人工錘擊，在焊接接頭的表面迭加一層壓應力，從而部分抵消殘余拉應力的不利作用。這種方法從原理上講對防止應力腐蝕開裂是會有一定抑制作用的。但是由于在實踐操作過程中沒有量化指標和較嚴格的操作規(guī)程，加上對比使用的驗證工作不夠，而未被現(xiàn)行標準所采用。爆炸法消除焊接殘余應力的原理與錘擊

15、法基本相同，主要是指將炸藥制成膠帶狀，將容器的內(nèi)壁直接粘貼在焊接接頭的表面上。從相關(guān)技術(shù)人員探索到的結(jié)論中得知這種方法可以彌補錘擊法消除焊接殘余應力的一些缺點。但是有些單位在相同的條件下曾采用這兩種方法進行了對比試驗，但是一年以后發(fā)現(xiàn)用整體熱處理的焊接接頭完好無損，但是經(jīng)過爆炸法處理的焊接接頭出現(xiàn)了裂紋，因此，爆炸法消除焊接殘余應力的方法逐漸被淘汰了，還有其他一些方法也由于種種原因沒有</p><p><b

16、>　　三、結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所述，壓力容器設(shè)計中的熱處理雖然有著消耗能量大和周期較長的諸多缺點，并且在實際的設(shè)計過程中因為壓力容器結(jié)構(gòu)等諸多方面面臨種種困境，但是目前，熱處理仍然是壓力容器設(shè)計中唯一能被行業(yè)接受的消除焊接殘余應力的方法。 </p><p>　　參考文獻：[1]付衛(wèi)賓.探討壓力容器設(shè)計中的熱處理問題[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，20

17、12年03期 </p><p>　　[2]李春明.鋼焊后熱處理工藝改進的研究[J].熱加工工藝，2007年03期 </p><p>　　[3]鄭秀芳，范聞捷.壓力容器設(shè)計中的熱處理問題[J].遼寧化工，2011年01期 </p><p>　　[4]壓力容器設(shè)計中的熱處理問題分析[J].城市建設(shè)理論研究，2013年第31期 </p><p>