摘要: 焊接和焊后热处理成为压力容器生产关键工序，焊接的质量是保证压力容器质量非常重要环节。焊接缺陷有多种，其中裂纹对压力容器产品质量危害最严重，本文前半部分主要介绍裂纹的产生的原因及预防；后半部分主要热处理的作用及工艺参数。
关键词：焊接缺陷、裂纹、焊后热处理
压力容器在石油化工生产中占有十分重要地位。压力容器可以充当反应、交换能量、分离、塔器、贮存、运输等石油化工设备。它们具有爆炸危险，它们的安全运行直接关系企业生产和人身安全。所以压力容器产品质量历来受到国家高度重视。近十余年来，我国压力容器设计、制造，管理走上了法制管理轨道，产品质量正稳步提高。焊接质量高且稳定，焊缝表面美观平整。焊接成为压力容器生产关键工序，焊接的质量是保证压力容器质量非常重要环节。
一、压力容器焊接缺陷
1、焊接接头裂纹产生
大家知道焊接接头是一个组织不均匀体和力学性能不均匀体。焊接过程焊接接头熔合线附近，温度在固相和液相之间，冷却后组织属于过热组织、晶粒粗大、化学成份和组织都极不均匀、强度上升、塑生降低。熔合线外侧为“过热区”，此域晶粒粗大，常出现魏氏组织和索氏体，因而韧性显著降低。
焊接接头可由于钢材淬硬性产生裂纹，氢扩散产生冷裂纹，再热裂纹，晶间纹，以及由于焊接规范和工人技能因素产生焊接缺陷等。实践证明，裂纹对压力容器产品质量危害最严重。
1）热裂纹，是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，偏析出的物质多为低熔点的共晶和杂质，结晶过程以液态间层存在，由于熔点低，往往最后结晶凝固，凝固后强度也极低。当焊接拉伸应力足够大时，液态间层拉开或凝固后不久被拉断而成裂纹。
2）冷裂纹，是指焊接时在A3线的下温度冷却中或冷却至保温以后产生的裂纹。形成裂纹温度低，在马氏体转变范围，即在200-300℃以下，故称冷裂纹。有时焊后几小时或几天后，甚至长时间才出现裂纹，故又称为延迟裂纹。其危害性更大。冷裂纹往往由于电弧燃烧时空气侵入或药皮物质分解等，氢进入熔池熔于铁水中，因高温时铁水溶解大量氢气，在低温时溶解度大大降低，溶于铁水中氢从铁水中析出，氢扩散聚集到钢中缺陷处，产生局部压力增大，促使钢产生裂纹，所以冷裂纹又称为氢致裂纹。
3）再热裂纹，一些含、Cr、Mo、V、B等合金之素的钢材焊后不产生裂纹。在消除应力处理时，或在一定温度下长时间使用后，沿热影响区晶界产生裂纹，称再热裂纹，简称SR裂纹。再热裂纹是由于第一次热后过程中过饱和和固溶的碳化物（主要是Cr、Mo、V的碳化物），在再加热时，再次析出，造成晶内强化，使滑移应变集中原先奥氏体晶界，当晶界塑性应为能力不足以承受松弛应力过程产生的应变时就产生再热裂纹。
这类钢材在600℃附近有一敏感区。超过650℃时敏感性减弱。
4）防止裂纹产生的方法
为了防止裂纹产生，可以限制钢材和焊材S、P含量：调节钢材化学成份；细化焊缝晶粒；提高焊材碱度；改善偏析；控制焊接规范；提高焊缝系数，多层多道焊，采用小线能量；铸件断弧，减少弧坑。还可以选用低氢碱性焊条，焊条严格烘干，随用随取；选用合理焊接规范；焊后立即消氢；提高钢材质量，减少钢材层状夹杂物；采用降低焊接应力的各种工艺措施。减少残余应力和应力集中；预热机缓冷，焊后热处理。这些办法，只要运用得当都可以起到提高焊接质量，防止缺陷的作用。
二、压力容器焊后热处理
焊后热处理可以消除残余应力防止变形也就是说可以松弛焊接残余应力，稳定尺寸和形状。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆焊后热处理也可以改善母材，焊接区结构件的性能：具体说：可以软化热影响区，增加焊缝金属延性，提高断裂韧性，排出有害物质如氢，提高抗腐蚀性能，改善蠕变性能和提高疲劳强度。
1、焊后热处理可以松弛焊接残余应力
随着热处理温度升高和保温时间延长，焊接区残余应力相应降低，当温度升高到超过550℃，残余应力可以认为完全消除。不过保温时间影响不如温度升高影响来的明显。
2、焊接接头热影响区淬硬区软化
由于残余应力大大降低，回火改善了金相组织，提高塑性和韧性，故而淬硬性降低，使焊接接头淬硬区软化。
3、焊接接头氢减少。热处理时，焊接接头温度升高，氢不断增加扩散速度，向外逸出，一般说在加热300℃以下，保温2—4小时，可达到去氢目的，何况加热到550—650℃时，去氢目的完全达到。
4、对焊缝金属抗拉度的影响；焊后热处理，对焊缝金属抗拉强度响与热处理温度和保温时间有关，热处理温度越高，保温时间越长，焊缝金属常温抗拉强度就越低，并且合金成份含量越高，碳当量越大，强度降低的比率也越大。
5、对焊缝金属冲击韧性影响：过分的热处理对任何钢种都引起冲击值下降。对Cr-Mo、Cr-Mo-V及绝大部分珠光体，马氏体耐热钢恰当得焊后热处理可以提高冲击韧性。对某些高度强度钢会经过热处理后冲击值下降。对碳素钢、Mn-Nb-Ni钢，焊后热处理后冲击值基本无变化。
6、对脱碳层宽度影响；热处理温度越高，保温时间越长，脱碳层宽度越大，这是因为碳化物形成时元素含量不等，引起碳扩散，碳向含量低一侧扩散，产生脱碳层，异种钢接头尤为严重。为了达到预期焊后热处理效果，一定要认真研究，选择合适的焊后热处理工艺是十分重要的。
三、压力容器焊后热处理
焊后热处理工艺参数应从以下考虑：a、焊件进炉时炉内温度，b、加热时温度上限和下限，c、加热速度上限和下限，d、保温时间上限和下限，e、冷却速度上、下限，f、出炉温度，I、升温过程被加热焊件各部位温差，h、保温时被加热焊件的各部位温差，i、炉内气氛。由此可见影响热处理因素很多，选择应持慎重态度，不可随意选取。
1、加热温度，应遵循设计时规定和运作条件之间的大致关系设计规定条件。
2、保温时间：
要在设计极端和加热温度同时规定。由于焊后热处理目的不同，有所侧重故保温时间是不能完全一样的。保温时间对于稳定组织是重要的，单保温时间过长可能使母材性能恶化，对于一些钢，如果长时间在高温下保温，会使焊缝金属产生粗晶粒铁素体而降低强度。对低温3.5Ni钢及9%钢长时间高温下保温会使断裂韧性下降。故保温时间要依据不同钢种有不同选择。
3、冷却速度：
如果冷却速度过大，会因热应力作用产生变形或裂纹，并且易引起残余应力再生。尤其对结构负责，厚度尺寸变化大焊件或具有不连续部分的结构工件更要慎重限制冷却速度计出炉温度。就压力容器而言，当壁厚很大时，冷却速度不宜选用50℃/h以下数值，最好选用 5000/t（℃/h）（t—板厚）。对于高合金钢，当板厚超过100mm时，如果焊后热处理冷却速度缓慢，易产生高温回火脆性，韧性、强度反而降低，因此操作中必须十分注意。
总之，压力容器焊接和焊后热处理是压力容器生产关键工序，焊接的质量是保证压力容器质量非常重要环节，从而保障企业的安全生产与人身安全。
参考文献
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论文作者:彭秀波
论文发表刊物:《基层建设》2016年16期
论文发表时间:2016/11/14
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