科普焊接—焊接接头热处理2

上一部分给出了焊接接头热处理的定义，并讨论了去除铁素体钢残余应力的方法。去除应力的温度范围也可能会导致热影响区形成淬硬组织。

回火

回火是一种与钢有关的热处理方法，用于软化先之前热处理过程中形成的任何淬硬组织，从而提高延性和韧性。回火还可以形析出物，并控制其尺寸，以提供所需的机械性能。这对于抗蠕变的铬钼钢（热强钢）尤为重要。回火是将钢加热到低于相变温度的温度；该温度受钢中的合金元素的影响，因此对于碳锰钢，温度约为650°C，对于2CrMo钢，温度为760°C。淬火钢总是后续要回火的。正火钢通常也在回火状态下供应，尽管有时低碳钢会在正火状态下焊接，回火是在焊后热处理过程中实现的。退火钢不在回火状态下供应。

工具钢的回火可在低于150°C的温度下进行，但焊接工程师关注的是结构钢，回火温度通常在550-760°C之间，具体取决于钢的成分。

焊后热处理（PWHT）如上一部分所述，焊后热处理是主要是除应力退火和消氢处理，而对金属材料进行的热处理方法会更多，可能包括铝合金的时效、奥氏体不锈钢的固溶处理、氢释放等。在某些标准时，焊后热处理是强制性要求的。需要通过降低残余应力和提高韧性来降低脆性断裂的风险，并降低应力腐蚀开裂的风险。然而，除非应力主要是压应力，否则它对疲劳性能而言是没有什么好处的。

焊后热处理它是所有焊接工艺评定标准规范（如ISO 156141部分和ASME IX）中的基本变量。在认可范围以外的时间和/或温度范围之外，增加或删除焊后热处理都需要重新评定焊接工艺。根据EN 13445、ASME VIII的焊缝的焊后热处理温度，ASME VIII规定了低保温温度，而不是EN标准规范中规定的温度范围。

如上所述，当需要满足某些标准规范时，焊后热处理可能是强制性要求，主要的判定标准是厚度。EN 13445要求厚度超过35mm的接头进行焊后热处理，ASME VII要求大于19mm。但是，如果容器在可能发生应力腐蚀的地方投入使用，则无论厚度如何，都须进行焊后热处理。保温时间也取决于厚度，以及焊接电缆、焊接铜轮、滚焊轮。一般情况下，厚度每25毫米需要一小时；为准确起见，须参考相关标准规范。

标准规范中的这些不同要求意味着，如果要进行符合多个标准规范的工艺评定时，则需要非常小心，须同时满足多个标准规范的要求。另一个重要的问题是，焊后热处理温度不应高于原始回火温度，因为可能会将强度降低到钢材的标称强度值以下。只有进行机械试验以证明钢具有足够的机械性能时，才允许在回火温度以上进行焊后热处理。试验应该在新热处理条件下的实际使用的材料上进行。

应用标准规范中还规定了350-400°C以上的大和小加热和冷却速率。加热或冷却速度过快会导致不可接受的变形，这是由于加热或冷却不均造成的，并且在高度受约束的部件中，可能会在加热过程中形成应力裂纹。

焊后热处理的应用焊后热处理的方法的选择取决于许多因素：可用的设备有哪些？部件的尺寸和配置是什么？需要达到什么样的均热温度？设备能否能以所需的加热速率提供均匀的加热？方法是用加热炉。这可以是一个固定炉，也可以是安装在部件周围的临时炉，后者特别适用于大型结构或现场对大型部件进行焊后热处理。热处理炉有装有轮子的炉床，该炉床上放置有部件，或者是使用固定炉缸和可拆卸盖子的顶帽式炉子。通常，能够对150吨压力容器进行热处理的炉子的尺寸约为20米长，门为5×5米，每小时消耗气体约为900立方/米。

热处理炉也可以用电加热，电阻加热或感应加热，石油。如果使用石化燃料，应注意确保燃料中不含有硫等元素，这些元素可能会导致某些合金出现开裂问题，特别是当这些合金是奥氏体钢或有镍基耐蚀镀层时。无论使用哪种燃料，都应严格控制炉内气氛，以确保炉内气氛中未燃烧的碳不会导致过度氧化、结垢或渗碳。如果热处理炉是燃气或燃油，火焰不得接触部件或温度监测热电偶，这将导致局部过热或无法达到焊后热处理温度。

在焊后热处理过程中，监控部件的温度至关重要。大多数现代热处理炉采用区域控制，热电偶测量和以控制炉内各区域的温度，通过计算机软件自动进行控制。区域控制对于控制不同厚度钢的组件进行焊后热处理时加热速度特别有用。但是，不建议使用炉温监测来证明部件达到了正确的温度。因此，热电偶通常以规定的时间间隔附在部件表面，正是这些热电偶自动控制加热和冷却速度以及保温温度，从而达到均匀的温度。关于热电偶的数量和配置没有硬性规定，每一个热处理炉都需要单独评估。

如前所述，屈服强度随温度升高而降低，并且在焊后热处理温度下，部件可能无法支撑自身重量。因此，过度变形是可能的。在热处理过程中，须对部件进行充分支撑，并且应定期放置适合部件形状的支架。它们的间距取决于物品的形状、直径和厚度。筒体（如压力容器）内部可能需要内部支撑；如果需要，支架应采用类似材料制成，以匹配热膨胀程度。

一次性将部件（如压力容器）放入热处理中是可以的，但某些情况下是不可实施的。在这种情况下，压力容器标准规范允许将一个完整的容器在热处理炉中进行分段热处理。要重叠加热区域，重叠的宽度通常与容器厚度有关，例如，EN 13445规定了5√Re的重叠，其中R=内径，e=厚度；ASME VIII规定重叠1.5米。应记住，如果这样做，容器中的某个区域（可能包含焊缝）将经历两个焊后热处理循环，这需要在焊接工艺评定试验中加以考虑。还有一个值得关注的区域，即炉内加热区和炉外冷段之间的区域。温度梯度须通过使用隔热毯对容器进行充分保温控制，其要求在应用标准规范中给出。

当然，可以分段组装和焊后热处理容器，然后闭合焊缝上进行局部焊后热处理。