福建省锅炉压力容器检验研究院 福建福州 350003
摘要：热处理作为压力容器生产过程中的一个重要环节，能够改善压力容器材料的金属性能，尤其在焊接后对其热处理操作，可以极大的提高焊接部位的牢固性，减少残余应力，保证容器整体的抗压性能。针对热处理技术在压力容器设计中的应用进行分析和讨论，具有一定的参考价值和实践意义。
关键词：热处理技术；压力容器；应用探析
1 热处理技术运用到压力容器设计的必要性
一般情况下，压力容器中存储的都是腐蚀性强，易燃易爆或者有毒的液体或者气体，是很多工业生产中必不可少的生产设备。正是由于压力容器这样的特性，其在设计之初就需要充分考虑安全性因素。因此，无论是材料的选择，结构的设计，还是受力的分析，或者是检验维护，都需要严谨对待。在这样的压力容器设计环境下，热处理过程中的焊缝要求更高，这对于促进焊接部位抗压性能提升，规避焊缝不稳定因素，使得金属材料的性能得以最大化的提升，就成为压力容器设计必然去思考的问题。除此之外，热处理技术在压力容器设计中的应用，还可以降低焊接参与应力，使得焊接接头的组织和性能得以改善，当然在此过程中需要避免开裂情况的发生，以保证其在高温下具备良好的支承能力。
2 压力容器热处理中出现的问题以及热处理的目的
2.1 焊接中存在一定的缺陷
根据物理学原理，焊接的接头是一个组织的和力学性能的不均匀体，当温度下降，实现冷却之后，焊接组织将会变成一个过热组织，这个组织呈现出晶粒粗大、化学成份不均匀的现象，出现强度上升但是塑生降低的情况。在熔合线的外侧区域不仅晶粒粗大，还经常出现一种名叫魏氏组织和索氏体的物质，使得这个区域的韧性显著降低。
根据热处理的原理，热影响和区熔池的结晶方向和换热方向呈现出相反的状态，也就是说，热影响区到熔合线再到焊缝是为结晶方向，熔合线处是首先完成结晶的，但是熔池中心却是结晶最慢的地方。这就造成了熔池的杂质不断的由熔合线向熔池的中心移动，使得熔池的中心部分最容易产生夹渣的缺陷，但是又由于熔合线处是冷却速度最快的，这种不均衡的融和速度使得裂纹的产生更加普遍。，不仅使得产品质量下降，甚至威胁人民的财产生命安全。
2.2 焊后进行热处理的目的
焊接由于存在着一定的问题，这就使得压力容器的热处理变得极为重要。焊接之后进行热处理的目的，主要包含以下几个方面。首先，焊接后的热处理可以实现松弛焊接的参与应力的水平，使得焊接能够更好的完成。其次，在焊接之后进行热处理可以使得压力容器能够更好的实现结构的稳定，使得结构的形状和尺寸得以固定与完善，从而降低畸变的可能性。再次，压力容器进行热处理，可以更好的改善母体材料与焊接区之间的性能，这些性能包括提高焊缝金属的一种塑性，还可以实现热影响区硬度的降低，使得断裂的韧性可以得到提高，还能够使得金属的疲劳强度得到一定程度的改善，使得恢复和提高冷成型的屈服强度实现降低。最后，压力容器的热处理还可以提高容器的抗应能力和抵抗腐蚀的能力；压力容器的热处理可以更好的实现焊缝金属中有害气体的释放，达到防止或者延迟裂纹产生的目的。
3 热处理技术在压力容器设计中的应用
3.1 奥氏不锈钢制造的压力容器热处理问题探究
通常情况下，奥氏不锈钢具有优良的热塑性使其易于锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，另外奥氏不锈钢含有Mo、Cu等元素，具有优良的耐酸性和耐腐蚀性，因此奥氏不锈钢被广泛地应用于压力容器的加工制造。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现行的不锈钢热处理技术标准，对于奥氏不锈钢是否进行热处理以及如何进行热处理并没有明确规定。奥氏不锈钢因为热塑性和韧性都比较好，加工残余的剪应力小，一般不作消除应力的热处理。通常热处理的温度为600―620℃，然后保温2小时，最后缓慢进行冷却，奥氏不锈钢的金属结构就会发生改变，也就是通常所说的敏化，这会降低奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀的能力。因此奥氏不锈钢按照常规的热处理是行不通的，必须根据压力容器使用的具体环境来确定热处理的方案，满足生产的需求。
3.2属复合板式压力容器在焊接后的热处理问题探究
金属上覆以另外一种金属的板子，达到在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果，因此金属复合板常常用于防腐和压力容器的制造之中。当对金属复合板式压力容器进行热处理的时候，高温会影响复合板的热力学性能，特别是不锈钢复合板，焊后进行热处理，就容易对焊头造成一定的影响，甚至碳化，会直接影响并损坏复合板的耐腐性性能和力学性能。因此当压力容器的材料为不锈钢复合板时，必须充分考虑到热处理对材料的影响，在一定的时候必须选取符合要求的复合材料。另一方面，我们要灵活对待焊后热处理的问题，对加热温度和保温时间的调整，通过不断的实验，摸索出理想的热处理条件。
3.3 以液态氨为介质的压力容器的热处理问题
以液态氨为介质的压力容器有着其自身的特殊性，不是所有的液态氨为介质的压力容器都需要进行热处理，这要根据应力腐蚀的情况而定，可根据HG/T20581《钢制化工容器材料选用规定》标准来做判定。（1）以液态氨为介质时，环境含水量应该小于或等于0.2%，且可能受到空气污染的场合。（2）使用温度高于-5℃。凡是符合上述两条的任何一条的，都需要进行压力容器的热处理。另外值得一提的是，在固定管板式换热器中，当壳层介质为液氨的时候，由于其结构的特殊性，无法进行热处理。为了解决这一棘手的问题，我们采用分布多次热处理的方法，具体操作方法是先对换热器壳体整体进行一次部件的热处理，然后在对壳体和管板焊接完以后得两道焊缝进行局部的热处理。通过两个分部的步骤，从而完成对整个压力容器的热处理工艺。
3.4 代用材料的热处理问题
在进行具体的生产过程中，某些符合设计要求的材料，制造企业往往一时购买不到，经常会代用一些其他厚度的材料，具体有以厚代薄，或者是以薄代厚等。而对于中温成型或者是冷成型的受压元件，如果符合下列a）～e）中的任意条件之一， 且对碳钢、低合金钢及其他材料，厚度大于圆筒内径的5%，对奥氏体型不锈钢，厚度大于圆筒内径的15%，就需要在其成型之后进行热处理
a）盛装毒性程度为极度或高等危害介质的容器；
b）图样注明有应力腐蚀的容器；
c）对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16mm；
d）对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%；
e）对碳钢、低合金钢，材料要求作冲击试验；
因此，对于用厚材料代替薄材料时，就需要充分地考虑材料代用后，是否需要进行成型后恢复性能热处理的问题。
3.5 焊接后的的热处理问题
焊接是进行压力容器制作的重要步骤，并且在进行焊接后往往都要进行热处理技术的应用。因此在进行压力容器设计的过程中，有关设计人员一直对焊接后热处理技术的应用十分的重视。具体来说在焊接后应用热处理技术，有关工作人员应做到以下几个方面：（1）加强热处理管理。热处理技术在进行应用的过程中不同温度以及时间的应用会带来不同的效果，因此有关人员在对进行焊接后热处理之前，应对热处理技术的应用进行管理，并制定出完善的热处理应用流程，避免因时间以及温度控制不当造成压力容器制作的失败。（2）重视热处理装置的革新。热处理装置是进行热处理技术应用的基础。因此在进行压力容器制作的过程中，有关单位应对热处理装置进行重视，对热处理装置存在的问题进行有效的解决，保障热处理装置具有良好的应用性能。（3）注意不同压力容器的具体要求。压力容器由于制作材料的不同，应用途径的不同等，其在进行制作的过程中具体的要求也有所不同。因此在进行热处理的过程中，有关人员应对这些要求进行把握，尤其是针对一些有特殊要求的压力容器要在进行热处理之前应进行一定的准备工作，以保障压力容器性能的稳定。
结语
综上所述，在进行压力容器设计时，采用热处理手段能够有效改善金属的性能，提升金属的抗腐蚀性、抗压性。但并不是所有金属都要进行热处理，设计人员要根据实际的设计需求进行相应的处理，确保压力容器满足生产需求，保证压力容器的使用寿命。
参考文献
[1]满静懿.探讨压力容器设计中的热处理问题[J].化工管理，2014（29）.
[2]张树勇.压力容器设计中的热处理问题分析[J].科技创新与应用，2014（21）.
论文作者:廖安
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/15
标签：压力容器论文; 材料论文; 性能论文; 不锈钢论文; 熔池论文; 应力论文; 金属论文; 《建筑学研究前沿》2018年第1期论文;