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0、前言
  焊后熱處理(Post Welding Heat TIeatment簡(jiǎn)稱PWHT)在鍋爐及壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品制造過(guò)程中占有重要地位。PWHT是影響產(chǎn)品使用性能及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性的重要因素之一，同時(shí)也是保證鍋爐及壓力容器制造質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵措施，因此受壓元件的焊后熱處理受到世界各國(guó)高度重視，開(kāi)始了試驗(yàn)研究。我國(guó)也相繼組織制定，鍋爐壓力容器行業(yè)的“焊后熱處理方法”標(biāo)準(zhǔn)，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
    針對(duì)鍋爐壓力容器行業(yè)常用的19Mn6，12CrlMoV等鋼種，進(jìn)行焊后熱處理工藝及其對(duì)力學(xué)性能影響的研究。這些研究工作對(duì)提高我國(guó)焊后熱處理工藝水平及節(jié)約能源等方面都提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。
    采用美國(guó)ASME、日本JIS、英國(guó)BS焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)，同行業(yè)鍋爐廠現(xiàn)行的焊后熱處理工藝及有關(guān)焊后熱處理試驗(yàn)研究成果，結(jié)合本公司現(xiàn)行的焊后熱處理工藝進(jìn)行分析論證。在保證產(chǎn)品安全性和質(zhì)量的前提下，提出適合本公司的節(jié)約焊后熱處理工藝參數(shù)。
1、焊后熱處理定義
    (1)定義
    焊后熱處理即PWHT是指為改善焊接區(qū)和母材的性能，消除焊接殘余應(yīng)力等有害影響。將焊接區(qū)或局部在金屬的相變點(diǎn)以下均勻加熱到足夠高的溫度，并保持一定時(shí)間，然后均勻冷卻的過(guò)程。以前這種處理都稱為消除應(yīng)力退火。由于這種叫法容易把熱處理的目的誤為只是消除殘余應(yīng)力。所以目前各國(guó)都使用PWHT即焊后熱處理這種叫法。
    (2)目的
    a．改善焊接接頭的組織性能，軟化淬硬區(qū)，降低硬度，提高塑性、韌性及蠕變極限，防止焊接結(jié)構(gòu)的脆性破壞。
    b．松弛或消除焊接應(yīng)力，防止延遲裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，提高焊接結(jié)構(gòu)的使用可靠性和壽命。
    c．提高抗腐蝕性能。
    d．消氫、防止產(chǎn)生冷裂紋。
2、焊后熱處理對(duì)焊縫金屬的影響
    鋼材在焊接時(shí)溫度梯度變化顯著，使焊接區(qū)造成殘余應(yīng)力及組織上的不穩(wěn)定。通過(guò)PWHT可以松弛焊接殘余應(yīng)力，軟化淬硬區(qū)改善組織，減少氫含量，提高耐蝕性。尤其是提高19Mn6等鋼的沖擊韌性，改善機(jī)械性能及蠕變性能等。但是，若PWHT工藝參數(shù)不等，若溫度過(guò)高或者是保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反而會(huì)使焊縫金屬晶粒粗大，碳化物聚集或碳層增加，從而造成蠕變強(qiáng)度及沖擊韌性的下降。
    我們僅對(duì)19Mn6鋼焊接后熱處理對(duì)焊縫金屬的殘余應(yīng)力松弛及力學(xué)性能的影響作為重點(diǎn)分析。
    (1)焊后熱處理工藝對(duì)殘余應(yīng)力的影響
    消除焊后的殘余應(yīng)力是PWHT的重要目的之一。通過(guò)降低殘余應(yīng)力水平，可以增強(qiáng)其抗胞斷的能力，保證設(shè)備安全運(yùn)行。一般要求PWHT處理后殘余應(yīng)力應(yīng)降低70%以上。
    在保溫過(guò)程中由于產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，殘余應(yīng)力得以充分降低。因此PWHT中得加熱溫度、保溫時(shí)間及冷卻速度工藝參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力消除程度都有重要影響。
    a．加熱溫度的影響
    焊縫殘余應(yīng)力的降低在PWH參數(shù)中加熱溫度起著關(guān)鍵作用。這正被許多試驗(yàn)結(jié)果所證明。我們選擇了19Mn6鋼的焊縫在不同溫度下的應(yīng)力松弛曲線，如下圖所示：
    從上述曲線可以明顯看出隨著加熱溫度的升高，而殘余應(yīng)力不斷降低。但是要是殘余應(yīng)力降低到要求的數(shù)值，則必須選擇加熱溫度。在選擇加熱速度時(shí)除要考慮殘余應(yīng)力消除程度，同時(shí)還要考慮焊縫的母材的力學(xué)性能及再熱裂紋問(wèn)題。
    b．保溫時(shí)間的影響
    PVVHT中心保溫時(shí)間對(duì)殘余應(yīng)力降低程度也是起著重要作用。若保溫時(shí)間過(guò)短則應(yīng)力清除不好，實(shí)驗(yàn)證明，在一定的加熱溫度下，過(guò)多延長(zhǎng)保溫時(shí)間，對(duì)進(jìn)一步消除應(yīng)力效果是不大的。
    c．冷卻速度的影響
    PWHT中的冷卻速度也是一個(gè)重要參數(shù)，在PWHT加熱后冷卻過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力，因而使冷卻后的殘余應(yīng)力值增大，該值取決于焊接結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸及進(jìn)行PWHT過(guò)程中從加熱溫度冷卻到出爐溫度的冷卻速度，特別是對(duì)構(gòu)件形狀復(fù)雜及壁厚相差大的構(gòu)件，應(yīng)充分注意冷卻速度的控制。
    (2)焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響
    PWHT不僅對(duì)消除殘余應(yīng)力有影響而且對(duì)焊縫的性能也有影響，加熱溫度過(guò)高會(huì)使強(qiáng)度降低；過(guò)低會(huì)使強(qiáng)度過(guò)高韌性降低。
    加熱溫度對(duì)力學(xué)性能的影響做過(guò)試驗(yàn)其結(jié)果如下：
    a．焊后熱處理加熱溫度對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響
    19Mn6鋼焊縫金屬及接頭在不同溫度焊后熱處理的拉力試驗(yàn)結(jié)果如下：
    試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明19Mn6鋼焊縫及接頭金屬分別在580 - 620C溫度焊后熱處理，其拉伸強(qiáng)度和塑性變化不大。
    b．焊后熱處理加熱溫度對(duì)接頭、焊縫的沖擊韌性的影響。
    19Mn6鋼的接頭、焊縫分別在580 - 620C焊后熱處理的沖擊韌性狀態(tài)如下：
    由表可知，焊后熱處理焊縫的沖擊韌性度比不大。
3、焊后惹處理工藝的比較
   影響焊后熱處理效果除PWHT條件外，還與焊接工藝、焊接材料、熱處理?xiàng)l件等因素有關(guān)，因此各國(guó)及國(guó)際各鍋爐廠的焊后熱處理工藝不盡一致，也是正常的。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的焊后熱處理工藝都是原則上的規(guī)定，具有工藝參數(shù)應(yīng)結(jié)合各制造廠具體情況加以確定。
  (1)裝爐、出爐溫度比較
    焊后熱處理過(guò)程的開(kāi)始階段是關(guān)鍵階段之一，如果裝、出爐溫度偏高。由于溫度應(yīng)力的產(chǎn)生有可能導(dǎo)致開(kāi)裂，特別是對(duì)構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)具體實(shí)際情況，可將裝、出爐的爐溫適當(dāng)降低，不應(yīng)受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度所限，一般規(guī)定爐溫不大于400C。
    (2)加溫速度和冷卻速度的比較
    加熱速度或冷卻速度若控制不當(dāng)，使其速度過(guò)大造成構(gòu)件的溫度不均勻。在某種情況下會(huì)產(chǎn)生變形，甚至產(chǎn)生裂紋，各國(guó)焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大致相同的速度控制范圍。
    (3)加熱溫度的比較
    對(duì)焊后熱處理工藝來(lái)說(shuō)，加熱溫度是最重要的工藝參數(shù)。它直接影響焊后熱處理效果，在消除應(yīng)力方面加熱溫度起關(guān)鍵作用。
    (4)保溫時(shí)間比較
    各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)均將構(gòu)件壁厚作為確定焊后熱處理保溫時(shí)的主要依據(jù)，一般是按1min/mm進(jìn)行計(jì)算保溫時(shí)間。
4、結(jié)束語(yǔ)
    經(jīng)對(duì)ASME、ns、BS等國(guó)家焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，及對(duì)國(guó)內(nèi)焊后熱處理工藝比較、焊后熱處理研究成果的分析。隨著科技技術(shù)發(fā)展，國(guó)外先進(jìn)的焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)水平有較大提高，國(guó)內(nèi)鍋爐行業(yè)鍋爐廠也都在不斷改進(jìn)和提高。因此本公焊后熱處理工藝節(jié)能問(wèn)題是大有潛力可挖，建議公司領(lǐng)導(dǎo)，組織專題討論，落實(shí)改進(jìn)方案，增強(qiáng)公司產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。