消除应力热处理的温度容器消除焊接应力技术的介绍

目前国内焊接应力消除技术主要有热处理法、冲击法（振动时效法、爆炸法、锤击法、喷丸法、豪克能超声冲击等）和机械拉伸法（液压过载法、温差拉伸法）法等），下面介绍几种常用的消除压力容器焊接应力的技术。

1 消除应力热处理

是将容器加热到550~650℃，不能超过材料的相变点或钢材本身的回火温度，保温一段时间后缓慢冷却的过程。 当钢材温度升高时，其屈服强度降低，于是原来的弹性应变变成塑性应变，引起应力松弛。 消除应力热处理质量的关键在于加热温度、保温时间、温度均匀性等工艺参数的控制。 热处理温度越高，保温时间越长，应力消除越完全。 研究证明，工件经去应力热处理后，一般可消除60%～80%以上的应力。 目前该技术主要包括以下三项：

1. 1 炉内整体热处理

为了实现对各种工艺参数的良好控制，将工件密封在炉内加热是最好的方法。 处理时工件原则上需要整体入炉，但在符合标准要求的情况下也允许两次或多次入炉。 但必须保证重复热处理的区域符合标准要求，并采取有效措施控制加热区域外的热处理。 温度梯度。 加热炉大部分采用燃气（油）加热，也有少量采用电加热。 但无论采用哪种加热方式，设备投资都比较大。 只有少数公司有条件，所以不适合搬运一些较大的工件，比如仓储。 罐头等

1. 2 炉外整体热处理

对于尺寸较大、结构复杂无法进炉整体热处理的容器，可采用炉外整体热处理。 大多数采用容器内加热的方法，即将加热元件置于容器内部，通过辐射和对流换热来加热整个容器。 容器内加热分为电加热和燃油（气）加热。 电加热一般在容器内部放置板式远红外电加热器，主要利用辐射换热。 通过热电偶向控制回路反馈信号来控制加热器的输出，以达到指定的工艺参数。 自动化程度高，但设备投资和动力消耗巨大。 燃油（气）加热方式是通过在容器内注入燃料燃烧来加热的。 通过形成燃烧产物的旋转气流，整个容器通过辐射和对流被加热。 这种方法应用广泛，但容易在容器内形成凹凸不平的图案。 在加热区域，虽然有的机组在系统设计时增加了挡板，但仍然无法保证内腔温度的均匀性。 虽然有的单位在重点区域安装了远红外电暖器，但并不能从根本上解决问题。 针对燃油（气）方式的一些缺点，国内也开发了加压旋转反射式燃油加热，并取得了满意的效果。

1.3 局部热处理

其工作原理与整体热处理相同。 目前多采用红外线板式加热器或履带式电加热器直接加热焊缝。 也使用气体或感应加热。 质量控制的关键是控制加热区的宽度和温度梯度。 由于是局部加热，消除残余应力的效果不如整体热处理。 它只能降低内应力峰值，使应力分布更加平缓，但不能从根本上消除它，但可以改善焊接接头的力学性能。 鉴于GB150-1998钢制压力容器10.4.5.3中B、C、D级焊接接头，球头与筒体连接处的A级焊接接头及有缺陷的焊补件允许使用局部热处理方法，根据规定，局部热处理的加工对象往往受到限制。 焊后热处理因其应力消除比较彻底，具有提高焊接接头力学性能、防止延迟裂纹的产生、增强疲劳和腐蚀等优点，是压力容器制造行业唯一被大家认可的方法。焊接接头的电阻。 焊后应力消除方法。 但其设备投资和能耗较大，且施工周期长，工件氧化严重，限制了该技术在一些压力容器制造单位的应用。

2 振动老化

它将振动器放置在容器或焊补位置，利用控制系统控制电机转速，通过振动器对工件反复施加周期载荷，以机械方式迫使工件在其共振范围内产生共振。 当材料屈服到极限条件时，工件内残余高峰值处会发生微塑性变形，使工件内部残余应力峰值降低，残余应力分布重新均匀化，从而达到释放压力的目的。 国内振动时效技术的研究开发始于20世纪70年代，但直到80年代才真正应用于压力容器焊接应力消除，并已有不少成功案例。 与消除应力热处理方法相比，振动时效设备投资少，能耗降低90%，工期由原来的10多小时缩短到1小时以内。 不氧化，尺寸精度稳定，其应力消除效果已达到或接近热处理的效果，国内研究证明振动时效处理可消除50%～70%的应力。 但目前的振动时效技术在设备可靠性和自动控制方面还较低，并且对于是否会造成材料的其他缺陷，如疲劳损伤等缺乏必要的验证。

3 爆炸方法

爆炸法去应力处理是通过计算和适当的布置，利用少量炸药爆炸时产生的高温和巨大压力对工件进行处理。 一方面，在靠近爆炸物的焊缝区域，由于爆炸冲击载荷和残余应力的叠加，超过了材料的动态屈服强度。 立即发生塑性变形，原始残余应力开始释放。 同时，应力波反射2～3次。 随后，或在压力容器的其他部位，应力波峰值与残余应力叠加小于材料的动态屈服值，但由于振动引起的应力消除作用，各部位的残余应力部分压力容器可不同程度减少。 。 爆炸法在前东欧国家广泛应用，国内压力容器制造中有很多成功案例。 爆炸法成本低，施工周期短，对设备和场地几乎没有要求。 从质量上来说，不仅能有效消除焊接残余应力，而且能在处理区域形成一定的压应力。 而爆炸法是利用38个应用能源技术2007年第7期（总第115期）爆炸冲击波在极短的时间内对物质给予强烈的冲击。 物料的装载速度很大。 当焊缝表面质量不好时，在这种情况下，应力集中的尖端很容易出现脆性裂纹扩展。 国内已有企业采用整体热处理和爆炸的方法来消除储罐的焊接应力。 在相同工况条件下工作一年后，采用爆炸法消除应力。 罐体焊缝存在裂纹，但经过整体热处理的罐体焊缝完好。 由于缺乏必要的深入研究，虽然该技术与去应力热处理相比具有一定的优势，但其应用和控制的精度和可靠性尚未完全令人信服，因此尚未在整个压力容器中得到应用制造业。 产业得到提升。

4 液压超载方法

在可控条件下，对容器施加一次或多次略大于其工作状态的外载荷。 该载荷引起的应力叠加在容器的局部焊接残余应力上。 当合成应力达到材料的屈服极限时，局部区域会发生塑性变形。 随着外部应力值的增大，合成应力达到屈服极限的范围也增大。 塑性变形的范围也应相应增加，但应力值不增加或增加不多。 由于容器本身是连续的，在去除外载荷的过程中，屈服变形区和弹性变形区同时恢复到弹性状态，容器内部存在的焊接残余应力被释放并部分消除。 该技术一般通过水压试验来进行，这对于一些焊后需要进行水压试验的焊接容器特别有意义。 由于水压试验时容器所承受的试验压力大于容器的工作压力，例如钢制压力容器的试验压力为容器工作压力的1.25倍，因此容器在承受水压试验时，水压试验时，容器材料进行相当于机械拉伸的膨胀，从而消除部分焊接残余应力。 试验结果表明，在选择容器材料时，残余应力消除效果与水压试验压力成正比，因此可适当增大水压试验压力，以利于消除残余应力。 由于水压试验是压力容器制造过程中的必经工序，因此该方法不需要增加设备投资，建设周期短，成本低，体现出良好的经济效益。室温下已经开始使用这项技术来消除

5 锤击法

锤击法适用于较长的焊缝和熔覆层。 当焊缝金属冷却时，由于焊缝收缩的阻碍而产生应力。 此时，趁焊缝和堆焊层仍红热时，用锤子敲击焊缝区域。 焊缝金属被快速、均匀地锤击。 焊缝下方发生横向塑性延伸，使焊缝收缩得到一定程度的补偿，从而使该部分拉残余应力的弹性应变得到松弛，可以部分消除焊接残余应力。 锤击应在较高温度下进行，但应避免材料的蓝脆范围。 多层焊时，第一层和最后一层焊缝不需要锤击，但其余各层必须锤击。 第一层不进行锤击，以避免产生根部裂纹，最后一层焊缝必须焊薄，以消除锤击引起的冷作硬化。 从原理上讲，锤击法对防止应力腐蚀裂纹有一定的抑制作用，在实际压力容器制造中得到广泛应用。 但由于实际操作过程中缺乏量化指标和严格的操作程序，受人为操作因素影响较大，且对比使用的验证工作不够充分，因此从未被现行标准采用，无法使用作为消除压力的最后治疗。 目前多用作焊接过程中的应力松弛方法，也可用于难热处理的奥氏体不锈钢的焊接。

文章内容引用自1009-3230(2007)07-0037-03，仅供学习交流之用。