承压设备焊后热处理技术

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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、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）

制造证企业1555

锅炉

安装、改造维修证企业3888

制造证企业3855 压力容器和气瓶

安装、改造、维修证企业525

元件制造证企业3906

压力管道

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。

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。