承压设备焊后热处理技术

少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库 0 承压设备焊后热处理现状及对策 ——焊后热处理是承压设备建造工艺中最薄弱环节

全国锅炉压力容器标准化技术委员会秘书处： 戈兆文、王笑梅 上海傅氏热处理工程有限公司：傅家仁、傅敏杰 山东同新热处理工程有限公司：曹新方 吉林亚新工程检测有限责任公司：王学成、李忠林 扬州市安大热处理工程有限公司：袁祥、袁小俊 本文主要观点： •承压设备焊后热处理后的质量是焊后热处理规范保证的。 •承压设备焊后热处理主要依靠实践与经验，急待上升至理认层面。 •承压设备焊后热处理企业没有资质规定，相关人员没有资格规定。 •承压设备焊后热处理的安全技术规范和标准缺口大，急待补充。 •具有工程建设承包资质企业的承压设备焊后热处理项目，大都由没有承包资质的专业热处理企业承担。 •现场焊后热处理新方法缺少鉴定，焊后热处理装置没有经定型、鉴定与许可。 •承压设备焊后热处理炉，没有测定有效加热区的标准；大型承压设备焊后热处理的保温时间要重新认识；焊后热处理曲线值得怀疑。 •承压设备焊后热处理市场混乱，极不规范。 •承压设备焊后热处理当务之急是加强监督管理和过程控制。 1

1、国内承压设备焊后热处理概况 焊后热处理可以调整、改善焊接接头的力学性能和蠕变性能，松弛焊接残余应力，稳定承压设备结构尺寸，软化淬硬区，改善热影响区组织，减少焊缝金属氢含量，提高焊接接头耐腐蚀性能，焊后热处理是承压设备建造过程中重要的、无可替代的工艺。 在承压设备行业中使用最为广泛的焊后热处理是指为改善焊接区域的性能，消除焊接残余应力等有害影响，将焊接区域或其中部分在金属相变点以下加热到足够高的温度，并保持一定的时间，而后均匀冷却的热过程。 承压设备焊后热处理实施技术关键： a） 在规定范围内的升温和降温速度； b） 焊后热处理过程中保温温度的均匀性； c） 焊后热处理过程中保温温度控制波动范围。 截至2008年底，全国承压设备制造、安装企业许可证数量统计见表1。

表1 全国承压设备制造、安装许可证企业统计 种 类 分 类 数 量（个）

锅炉 制造证企业 1555

安装、改造维修证企业 3888

压力容器和气瓶 制造证企业 3855

安装、改造、维修证企业 525

压力管道 元件制造证企业 3906 安装、改造、维修证企业 3398

从表1可见，到2008年为止，我国计有17127家企业取得了承压设备制造、安装许可资质，中国已成为世界范围内承压设备生产大国。我国承压设备正朝向大型化、高参数、长周期方向发展，对焊后热处理提出更高、更严的要求。国内独立自主的完成了若干大型承压设备焊后热处理，代表了国内最高水平。如煤制油工程中的反应器，材料为21/4Cr-1Mo-V，总重量为2040吨，高度60m，壁厚约340mm，内径4800mm，在现场炉内整体分两段进行焊后热处理，环焊缝再用火焰加热进行局部焊后热处理；二甲苯塔高约130m，外径7.2m，壁厚60mm，总重1200~1300吨，在现场采用内燃法分段焊后热处理，逐段组装后进行环焊缝局部焊后热处理；丙烯塔塔体（不含裙座）高78m，外径３m，壁厚36mm~48mm不等，自重500吨，内构件200吨，采用内燃法上、下两台燃烧器，整体一次完成焊后热处理；再生器塔体为Φ7m~Φ13m变径，塔体高60m，使用Q345Ｒ制成，总重600吨，采用两台燃烧器内燃，整体一次完成焊后热处理；我国还自行设计核电站装备专用热处理炉；国内还研制和开发了球罐和塔器用内燃式焊后热处理装置，可以小批量生产。 承压设备焊后热处理的质量，主要靠焊后热处理规范（保温温度、保温时间等）来保证。 承压设备焊后热处理牵涉到化工机械、锅炉、压力管道、热处理、焊接、金属材料、结构、热工及装置、仪表及自动化等多种专业类别。 2

国内专业的承压设备焊后热处理企业约有15家左右，此外还有若干 “游兵散勇”，其中只有3-4家业务水平高，人员专一，设备维护好。国内一些重大承压设备焊后热处理项目都是由专业的企业完成的。

2 承压设备焊后热处理特点 2.1 焊后热处理的整体性、一次性和终结性 a） 焊后热处理标准或安全技术规范都优先推荐整体焊后热处理。整体焊后热处理不仅节省时间，节省能源，更重要的是可以使承压设备免受二次加热带来局部残余应力与残余变形难以控制后果。在炉内可以做到整体焊后热处理，在容器内部加热、以筒体作炉膛外侧保温也是整体焊后热处理。 由于是整体焊后热处理，承压设备的质量也具有强烈的整体性，好则全好，坏则全坏。 整体焊后热处理也给控制承压设备温度的均匀性和变形带来难题。 整体焊后热处理应注意下列问题： 1） 承压设备大型化后，整体焊后热处理时温度均匀性难以控制。立置塔器采用内燃法进行焊后热处理，使用一台燃烧器，通常可以做到三倍塔器内径的高度范围内温度均匀，个别的企业可以做到五倍塔器内径的高度范围内温度均匀。走出此范围，则要改变焊后热处理工艺了。 2） 大型承压设备，特别是塔器类设备内径大、塔身长，变形更为严重。卧置比立置的变形更难控制。 3） 焊后热处理的保温时间，应按该承压设备尚未进行过焊后热处理的最大焊缝厚度进行计算。 b） 焊后热处理质量一次性确定 焊后热处理与焊接、无损检测等工艺不同，焊后热处理一次连续完成，则热处理质量也随之确定。质量符合要求则热处理成功，质量不符合规定，则热处理失败。与焊接、无损检测不同，热处理失败后，很难有第二次重新再来的可能，也不存在“返修”的可能。浙江某地焦碳塔体经焊后热处理后呈“香蕉形”，没有哪位能人，也没有哪个单位可以矫正合格。 c） 焊后热处理是承压设备建造工艺最后一环 如果最后一道工艺失败，而且又不能返修，则以前所有劳动，全部付诸东流，损失惨重。 2.2 承压设备焊后热处理后的质量是规范保证的，各种检测都具有局限性 焊后热处理规范包括：焊件升（降）温速度、焊件升温、保温期间各点温差、保温温度，保温时间等。 焊后热处理质量对于同一台设备来讲呈现多方面的要求，除过烧、变形、表面裂纹等可以直接观察外，残余应力、硬度、金相组织和试件力学性能等都需要借助于仪器或专用手段进行检测。除外观检查外，几乎所有检验方法都是具有局限性，难以评价总体效果。 残余应力测定方法虽然很多，但能用于工程中的方法并不多，而且误差很大，如：一些新研制方法如磁性法、小孔法、压痕法都没有标准，重复性很差，在工程中常用的Ｘ光衍射法虽然有标准，在工程现场使用误差很大，更重要的是，Ｘ光衍射法用仪器不能进行法定检验，所出示数据没有法律效用。 3

经焊后热处理产品中，残余应力的大小及其分布情况，设计人员和使用单位非常感兴趣，限于目前技术水平还不能够在工程中规定出各方都能接受的方法与标准，所以在技术文件中也不规定残余应力检测。 通过对焊后热处理规范与焊接应力关系研究，基本可以肯定，对于碳钢和低合金钢承压设备按ASME Ⅷ中规定的规范进行焊后热处理，产品中残余应力可以减低80%左右。 硬度试验是典型的局部试验方法。国内承压设备行业内，管道相关标准中采用硬度试验比较多，锅炉、压力容器产品标准基本不用硬度检验，在少数技术条件中也有规定硬度试验。 国内管道标准和锅炉压力容器技术条件中的硬度指标经常参照ASME压力管道规范Ｂ31.3《工艺管道》中的规定。使用时需要注意下列问题： a） ASME Ｂ31.3中管道焊后热处理规范与国内锅炉压力容器标准不完全相同，其基本原因是中、美两承压设备用材料合金体系不同； b） ASME Ｂ31.3有关硬度检验要求只是针对紧靠焊接接头中熔合线的过热区（也即粗晶区），而国内一些标准中都将Ｂ31.3的规定，生搬到整个焊缝区，熔合区和热影响区，甚至母材内； c） ASME Ｂ31.3中硬度的合格指标与焊后热处理保温温度与保温时间关系密切，只有符合ASMEＢ31.3规定焊后热处理规范，才能引用其硬度试验指标。我国不少标准中不按ASME Ｂ31.3中的规定进行焊后热处理和检验，但却使用ASME Ｂ31.3中的硬度验收指标，容易产生因标准不当造成的错误。 经焊后热处理的产品进行金相检验和试件进行力学性能检验也都是属于局部检验性质。利用典型位置的检验力图说明产品焊后热处理的整体质量，但取样位置是否有代表性值得深思，例如球罐产品焊接试件的放置位置在标准中已变更过两次，即使按现行标准规定放在“球壳热处理高温区的外侧”，也不能保证试件经受焊后热处理的保温温度、保温时间与罐体相同。根据笔者调研考证结果，可以毫不夸张的肯定：没有一台球罐的产品焊接试件的焊后热处理规范是正确的，全部错误。 产品焊后热处理后的质量是由焊后热处理的规范来保证的，因此为了获得合格的焊后热处理效果必须制订与实施正确的焊后热处理工艺，保证焊后热处理温度均匀性及测温的准确性。 对焊后热处理的监督主要是过程监督。 2.3 焊后热处理的实践性极强，关键工艺靠经验 目前实施的焊后热处理标准中只规定了焊后热处理保温温度、保温时间及升、降温工艺，基本没有工艺实施要求，如焊后热处理的热工计算，特别是局部焊后热处理热工计算；加热区与隔热区的范围；测温点数量及布置；测温系统的误差；绝热材料选用及铺设厚度；变形控制等等关键工艺，都只能依靠焊后热处理操作人员的经验来确定，经验丰富的则效果好一些，没有经验的则难以保证焊后热处理质量。焊后热处理企业当第一次遇到超长、超重、超大、材料与结构有特殊要求的产品，有要求焊后热处理时，则风险很大。 焊后热处理的主要目的之一是消除残余应力。焊后热处理各工序中，大都与消除残余应力有非常密切关系，因此当缺少焊后热处理经验造成若干工序不合格，但都可以通过验收，而给产品留下终身隐患。 我们经常看到盛装液化石油气的球罐使用一年后开罐检验，发现大量表面微小裂纹，这是由于H2S引起的应力腐蚀裂纹，即使设计规定液化石油气中H2S含量小于10ppm，裂纹也照样出现，究其原因与焊后热处理不到位，残余应力消除不够有关。 2.4 焊后热处理曲线的值得怀疑