金属材料焊后热处理

消应力热处理是使焊好的工件在高温状态 下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应 力的目的。常用的方法有两种：一是整体 高温回火，即把焊件整体放入加热炉内， 缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间， 最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可 以消除80％-90％的焊接应力。另一种方法 是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区 域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应 力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部 分消除焊接应力的目的。
1.燃煤加热
煤的资源丰富，燃煤反射炉在热处理加 热方法中有过一定的地位。煤的性质和 反射炉的结构，决定了煤不易完全燃烧， 因而煤炉热效率低，加热质量和劳动条 件差，煤烟污染环境。这些缺点，使得 燃煤加热法逐渐被其他加热方法所取代。
2.液体燃料加热
主要使用重柴油作燃料，适用于大型加 热炉加热，也用于外热式盐浴炉的加热， 一般在炉子加热室外墙一侧或两侧安装喷 嘴。液体燃料用于加热外热式盐浴炉时， 喷嘴则安装在坩埚外的炉壳上。液体燃料 在喷嘴中与空气混合，并在压缩空气的作 用下雾化，然后喷出喷嘴，在加热室中 （或在盐浴炉的坩埚外）燃烧,以加热工 件（或坩埚）。
焊后热处理工艺参数表
材质 参数
Q235B、 L245、20#、20G、20R、A105、 A106Gr.B、16Mn、Q345R、Q345B
300℃以下温度不限，可自由升温， 温度升至 升温速度 300℃以上后，按照5125℃/焊件壁厚计算，不
得超过220℃/h
热处理温度 625℃±25℃（600℃～650℃）
恒温时间 每毫米壁厚2.5分钟，最短时间不得小于1小时
恒温结束后冷却速度按6500℃/焊件壁厚计算，不 冷却速度 得大于260℃/h，温度降至300℃后保温自然冷
却。
温度 （℃）
700
600 500 400 300 200 100
0
热处理曲线图
600℃～650℃；时间≥1h
时间（h）
二）铬钼钢
铬钼钢的特点是焊接性差，淬硬倾向 大，易产生裂纹，与普通碳钢和低合 金钢相比，其焊接性能的影响因素比 较复杂。铬钼钢在焊接前必须进行 300℃±25℃的预热。在焊接过程中因 故中断焊接时，必须进行300℃～350℃、 15～30min的后热处理，保温缓冷，以 减少焊缝中氢的有害影响，降低焊接 残余应力，防止裂纹产生。
焊后热处理工艺参数表
材质 参数
TP321、321H、347、347H
升温速度
300℃以下温度不限，可自由升温， 温度升至 300℃以上后，按照5000℃/焊件壁厚计算， 不得超过220℃/h，不低于50℃。
热处理温度 恒温时间 冷却速度
900℃±25℃（SH/T3523要求： 850℃～ 900℃） 每毫米壁厚恒温时间3min，最短时间不得小于 1小时
参数
P11、P12、P22、 P5、P9、 P91
升温速度
300 ℃ 以 下 温 度 不 限 ， 可 自 由 升 温 ， 温 度 升 至 300℃以上后，按照5125℃/焊件壁厚计算，不 得超过220℃/h
热处理温度 700℃～750℃；P5、P9、 P91：700℃～760℃
恒温时间
每毫米壁厚恒温时间3min，最短时间不得小于2小 时
冷却速度
恒温结束后冷却速度按6500℃/焊件壁厚计算，不 得大于260℃/h，温度降至300℃后保温自然冷却。
温度 （℃）
800 700 600 500 400 300 200 100
0
热处理曲线图
700℃～760℃；时间≥2h
时间（h）
三）不锈钢
在焊接完毕后进行稳定化热处理（设 计文件要求），空冷，以降低焊接残 余应力及细化焊缝晶粒，加热范围以 焊缝为中心为基准，两侧各不小于焊 缝宽度的三倍，且不小于100mm，加热 区域以外100mm范围内予以保温，测温 采用热电偶，测温点在加热区域内不 少于两点，用自动记录仪记录热处理 曲线。
二）狭义地说，焊后热处理仅指消 除应力退火，即为了改善焊接区的 性能和消除焊接残余应力等有害影 响，从而对焊接区及有关部位在金 属相变温度点以下均匀而有充分地 加热，然后又均匀冷却的过程。
许多情况下所讨论焊后热处理实质上 就是焊后消除应力热处理。焊后消除 应力热处理的作用如下: (1)降低或消 除由于焊接而产生的残余焊接应力。 (2)降低热影响区硬度。 (3)降低焊缝中 的扩散氢含量。 (4)提高焊接接头的塑 性。 (5)提高焊接接头冲击韧性和断裂 韧性。 (6)提高抗应力腐蚀能力。 (7) 提高组织稳定性。
恒温结束后，立即断电，拆除保温棉，进行空 冷。
温度（℃）
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
0
热处理曲线图
875℃～925℃；时间≥1h
时间（h）
用于盐浴炉时,喷嘴装在坩埚外的炉壳上, 火焰 射向坩埚外侧以加热熔盐。用于加热的气体 燃料有煤气、天然气和液化石油气等。调节 空气与气体的比值可以获得氧化或还原的燃 烧气氛，从而减少工件加热时的氧化脱碳程 度。这种加热方法适用于大件整体加热和燃 气供应充足的地区。
4.另一种方式是用喷嘴的火焰直接加热工件表 面，这时喷嘴和工件作相对移动，所用气体 为氧-乙炔、氧-丙烷、氧-甲烷等。这种加热方 法即火焰淬火,适用于工件的表面淬火。
五、焊后热处理工艺
分各种材质讲述各自焊接工艺要求 一）普通碳钢和低合金钢
在焊接完毕后进行热处理，保温缓冷，以 减少焊缝中氢的有害影响，降低焊接残余 应力，加热范围以焊缝为中心为基准，两 侧各不小于焊缝宽度的三倍，且不小于 100mm，加热区域以外100mm范围内予以保 温，测温采用热电偶，管径Φ300mm以上测 温点在加热区域内不少于两点，用自动记 录仪记录热处理曲线。
金属材料焊后热 处理基本常识
主要内容
一、焊后热处理概念 二、焊后热处理作用 三、焊后热处理种类（内容） 四、焊后热处理方法 五、焊后热处理工艺要求
一、焊后热处理概念
一）定义
焊后为改善焊接接头的显微组 织和性能或消除焊接残余应力 而进行的热处理，称为焊后热 处理。
二）原因（为什么进行焊后热处理？）
喷嘴的合理设计与布置,对保持炉温均匀、 节省燃料起着关键作用。喷嘴喷出的雾化 油也可以在炉内的辐射管中燃烧，加热辐 射管以间接加热工件。燃油比燃煤容易控 制加热温度，适用于大件整体的加热和供 油量充足的地区。
3.气体燃料加热
在喷嘴中，气体与一定比例的空气混合后喷出 燃烧。这种方法可直接加热放在加热室中的工 件，也可以把火焰喷入装在加热室中的辐射管， 间接加热工件。
二）电加热法
以电为热源，通过各种方法使电能转变为热 能以加热工件。电加热时，温度易于控制， 无环境污染，热效率高。电加热有多种方法。
1.电热元件加热
利用工频（50～60赫）交变电流通过电热元 件时产生的电阻热加热工件。电热元件常布 置在加热室内四周或两侧，以保证加热室内 温度均匀；也有把元件装在辐射管内对工件 间接加热的。
有些合金钢材料在焊接以后，其焊接 接头会出现淬硬组织，使材料的机械 性能变坏。此外，这种淬硬组织在焊 接应力及氢的作用下，可能导致接头 的破坏。如果经过热处理以后，接头 的金相组织得到改善，提高了焊接接 头的塑性、韧性，从而改善了焊接接 头的综合机械性能。
四、焊后热处理方法
一）燃料燃烧加热法
所用燃料可以是固体（煤）、液体（油） 和气体（煤气、天然气、液化石油气）。
2.工件电阻加热
降压后的交变电流直接通过工件，由 工件本身电阻产生热量使工件温度提 高。这种方法适用于对截面均匀的工 件进行整体加热。还有一种方式是利 用滚动铜轮压在金属工件上，通以低 电压大电流的交变电流，利用铜轮与 工件间的接触电阻产生热量而加热工 件表面。
3、工件感应加热
把工件放在一个螺旋线圈内，线圈中通以一 定频率（一般高于工频）的交流电，使放在 线圈中的工件产生涡流电流，利用工件本身 的电阻产生热量而被加热。这种加热的深度 可随电流频率提高而变浅，称为感应加热热 处理。感应加热主要用于加热工件表面，但 采用较低频率而工件直径又小时，也可以进 行整体加热。这种加热方法效率高，耗电少， 多用于中、小零件的加热淬火。
1.在焊接过程中，由于加热和冷却的不均 匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘 束，在焊接工作结束后，在构件中总会 产生焊接应力，焊接应力在构件的存在， 会降低焊接接头区的实际承载能力，产 生塑性变形，严重时，还会导致构建的 破坏。（根据规范要求，碳钢及碳锰钢 厚度δ＞19mm）
2.工程项目设计文件要求运行介质具有 腐蚀性质（比如含硫、含酸、含碱等介 质）的管道或设备，不论壁厚多少都需 要焊后热处理；还有临氢介质的管道或 设备（奥氏体不锈钢），按照设计文件 及标准规范要求，需要焊后热处理（稳 定化热处理）。
4、加热介质电阻加热
将工业频率的低压交变电流导入埋在介质 中的电极，利用电流流过介质时产生的电 阻热使介质本身达到高温。工件放在这种 高温介质中进行加热，可以减少或避免氧 化脱碳。这种介质都是导电体，如盐、石 墨粒子等。加热炉的炉型有内热式盐浴炉 和石墨浮动粒子炉。这种加热方法主要用 于中、小零件的加热淬火。
二、焊后热处理的作用
焊接接头的焊后热处理作用是: (1)降低残余应力。 (2)调整焊接接头机械性能。 (3)改善焊缝金属热影响区金相组织。
三、焊后热处理种类（内容）
一）广义地说，焊后热处理就是在工 件焊完之后对焊接区域或焊接构件进 行的热处理，内容包括消除应力退火、 完全退火、固熔、正火、正火加回火、 回火、低温消除应力、析出热处理等。
焊接完毕后立即进行热处理，加热范 围以焊缝为中心为基准，两侧各不小 于焊缝宽度的三倍，且不小于100mm （1Cr5Mo钢炉管为不小于25mm），加 热区域以外100mm范围内予以保温，测 温采用热电偶，测温点在加热区域内 不少于两点，用自动记录仪记录热处 理曲线。