压力容器热处理必要性的判断

摘 要：压力容器制造中常常用到热处理工艺，文章仅从焊后热处理和恢复性能热处理两方面阐述在压力容器制作过程中如何判断是否进行压力容器热处理。

关键词：压力容器；热处理；冷成形；变形率；残余应力

中图书分类号：TG441.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0094-02

压力容器在现代石油化工行业运用十分广泛，是现代石油化工行业生产的重要装备之一。随着各个领域的技术进步，压力容器设备朝着大型化方向发展，所使用的材料也不断壁厚化和高强度化，因此，压力容器制造工艺中常用的热处理技术对于制造出高质量、可靠的设备起着重要作用。然而判断压力容器有无热处理的必要性，这对压力容器的制造至关重要，下面作一下探讨。

1 判断热处理的必要性

压力容器制造过程中，如果将所有的设备都进行热处理未必是件好事。一方面会延长设备的制作周期，增加设备在制造过程中能耗，进而增加设备的生产成本。另一方面，一般情况下，热处理有利于降低焊接残余应力，改善焊接接头的组织与性能，稳定焊接结构的尺寸，并对应力腐蚀有严格要求的情况下才能进行。但热处理对熔敷金属和焊接热影响区的韧性提高不利，有时在焊接热影响区的晶粒粗化范围内还可能发生晶间开裂。且热处理大多是依赖高温下材料强度的降低来实现消除或降低应力的，因此，设备热处理时，结构有可能失去刚性，对于采取整体或局部热处理的结构，热处理前，均必须考虑焊件在高温下的支承能力。所以，压力容器热处理前判断是否应进行热处理便至关重要。

2 焊后热处理的判断

2.1 热处理厚度的判断

压力容器焊后热处理厚度（焊缝金属厚度）是判断是否进行焊后热处理消除焊接残余应力基准之一。因为，需要焊后热处理的原因是焊接，焊缝金属厚度表明了焊接对残余应力、焊接接头的组织和性能影响范围及程度，因此，决定焊后热处理与否应当是焊缝厚度，而不完全是钢材厚度。则焊缝厚度的判断可大致归纳如下几点：

①对等全焊透对接接头为钢材厚度。

②对于对接焊缝和角焊缝为焊缝厚度。

③对于组合焊缝为对接焊缝与角焊缝厚度中较大者。

④当不同厚度元件焊接时：不等厚对接接头取较薄元件的钢材厚度；壳体与管板、平封头、盖板及其他类似元件的B类焊接接头，取壳体厚度；接管与壳体焊接时，取接管颈厚度、筒体厚度、补强圈厚度和链接角焊缝厚度中的较大者；接管与法兰焊接时，对接取接管厚度，而图1所示焊接取法兰厚度；图2所示内封头连接结构取封头与筒体厚度中较大者。

⑤非受压元件与受压元件焊接时，取焊缝厚度。

⑥补焊时取补焊焊缝深度。

⑦带有堆焊层的取钢材基层厚度，奥氏体不锈钢衬里的取基层厚度，复合板的取基层厚度。

⑧换热管与管板的焊缝取焊缝厚度。

⑨填角焊缝的为焊喉厚度，当填角焊与坡口焊缝共用时，取填角焊缝的焊喉厚度或坡口深度中的大者。

2.2 热处理的判断

对于异种钢材之间的焊接接头，按热处理要求严者确定是否进行焊后热处理。

②图样注明有应力腐蚀的压力容器，如盛装液化石油气、液氨等容器。

③用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳素钢，低合金钢制容器。

④多层包扎容器内筒的A、B类焊接接头。

⑤套合后的容器筒体。

⑥拼接后的管板。

⑦碳钢、低合金钢的焊有分隔板的管箱和浮头盖以及管箱的测向开孔超过1/3圆筒内径的管箱，应在设备密封面加工前进行消除应力热处理。

⑧用钢板拼接后的设备法兰。

⑨图样另有规定时也应热理。

⑩除设计文件另有规定，奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体型不锈钢焊接接头可不进行热处理。

3 恢复性能热处理的判断

3.2 热处理的判断

符合以下条件之一者，应进行恢复性能热处理：

①钢板冷成形受压元件，符合以下任意条件之一且变形率超过表1规定指标，应于成形后进行相应热处理恢复材料的性能：盛装毒性为极度或高度介子的容器；介子对材料有应力腐蚀危害的容器；对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16 mm；对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%；对碳钢、低合金钢，材料要求做冲击实验。

②碳钢、低合金钢冷成形封头应进行热处理（当制造单位确保冷成形后的材料性能符合设计、使用要求时且经设计单位批准，可不进行热处理）。

③当有耐应力腐蚀要求时，冷弯U形管的弯管段及至少包括150 mm的直管段应进行热处理。

④碳素钢、Q345R的厚度不小于圆筒内径的3%，其它低合金钢的厚度不小于圆筒内径的2.5%。

⑤奥氏体如无耐蚀要求，可不进行热处理；当有耐蚀要求时，应按如下要求进行热处理：成形后表面硬度大于235HB时应进行固溶热处理；热成形不锈钢需做固溶热处理。

⑥钢管冷弯后，变形率超过下列范围时，应进行恢复材料的性能：碳素钢、低合金钢的钢管弯曲后的外纤维变形率不应大于钢管标准规定延长率的1/2，或外层材料的剩余伸长率应不小于10%；对于有冲击韧性要求的钢管，其外层纤维最大变形率应不大于5%。

⑦若需消除温成形的变形残余应力，也可参考上述对冷成形工件和要求进行。

⑧若热成形或温成形改变了材料的供货状态，应重新进行热处理，恢复材料供货热处理状态。

4 结 语

热处理的目的就是为了消除或降低焊接残余应力，改善焊接接头的组织与性能，稳定焊接结构的尺寸，防止产生冷裂纹，恢复性能材料的力学性能等消除由制造给压力容器带来的不利影响。而本文分别从什么情况需进行焊后热处理和什么情况需进行恢复性能热处理两方面进行了详细阐述，掌握了压力容器热处理必要性的判断，对判断是否考虑热处理有着重大的现实指导意义。

参考文献：

[1] 压力容器，GB150.1～150.4-2011[S].

[2] 寿比南.GB150-2011《压力容器》标准释义[M].北京：新华出版社，2012.

[3] GB151-1999，管壳式换热器[S].

[4] HG/T20584-2011，钢制化工容器制造技术要求[S].

[5] GB/T25198-2010，压力容器封头[S].

[6] 丁佰民，曹文辉.承压容器[M].北京：化学工业出版社，2008.

[7] 陈泰炜.压力容器焊后热处理技术[M].北京：中国石化出版社，2002.

[8] JB/T4700-2000，压力容器法兰分类与技术条件[S].