孟繁信
烟台市特种设备检验研究院 山东 烟台 265500
摘要：压力容器主要是指含有气体或液体，需要承受一定压力，对安全性要求较高的密闭设备，被广泛应用于化工、石化等行业。焊接工艺作为钢制压力容器制造和安装的重要工艺，直接影响压力容器的安全。在焊接过程中，不同的焊接方法有不同的焊接工艺。同时，焊接件的材质、焊接环境和结构也会影响焊接质量。焊接是一个局部快速加热和冷却的过程，在短时间内温差较大的情况下，焊接件容易产生应力和变形，从而影响焊接接头的强度、塑性和韧性。为了消除这种应力，避免焊接变形的发生，应采用焊后热处理工艺，减缓焊后冷却速度，提高焊接质量。
关键词：压力容器；设计制造；热处理
1热处理技术以及压力容器热处理的重要性
当今石化行业已成为我国经济发展的支柱产业，石化行业中有许多高温高压反应的生产工艺，压力容器在其中得到了广泛应用。压力容器作为承载受压器件，内部工艺介质多为高压、高温和具有腐蚀性的气体或液体。运行必须可靠和安全，压力容器一旦失效损毁，其破坏力和泄露的介质将产生可怕的后果。压力容器的可靠性与制造用的钢材有着重要的关系。热处理通过在固态范围内对金属进行加热、保温和冷却的方法，改变金属内部组织结构，改善金属性能的工艺。为满足加工和使用上的要求，热处理成为必要工序。
压力容器的使用环境比较复杂和危险，所以要高度保障其运行的安全性和稳定性，否则容易产生工业事故，造成财产损失和人身危害。压力容器热处理的质量效果，直接影响着压力容器本身的质量效果和工作效率，因此，设计人员要掌握一定的专业知识和技能，选取合理的热处理方式，保障压力容器的使用性能。
2钢制压力容器焊接工艺
2.1焊接方法
钢制压力容器的使用范围比较广泛，所以焊接方法也相对比较成熟，比较适应的焊接方法有气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、等离子焊等。对于不锈钢复合钢板的焊接方法，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧焊是比较常用的方法。在实际焊接过程中，还应该根据工件的结构形式、形状以及焊接位置等条件来选择适宜的焊接方法。比如有些换热器中的管箱和浮头盖基本是复合材料，且焊接空间有限，直焊缝不长，就可以采取双面焊的形式。使用焊条电弧焊的焊接方法，操作比较简单，受焊件形状与焊接位置的影响较小，焊接成本低且焊接品质高。所以焊接方法的确定比较灵活，要根据实际情况具体分析采用哪种焊接方法更适合，从经济性、可行性、简便性等方面综合考虑，但是最基本的要素是保证焊接质量。
2.2焊接材料的选择
因为钢制压力容器的材料比较复杂，所以在选择焊接材料时应该根据母材的性能以及焊接方法而决定。不锈复合钢板是由不锈钢和碳钢或者低合金钢组成的，不锈钢主要承担抗腐蚀性能，碳钢或者低合金钢板主要承担结构所需要的强度和刚度，所以不锈复合钢板在物理性能和化学成分方面存在很大的差异性。对于不锈复合钢板而言，在选择焊接材料时可以遵循基层等强度和复层保证耐蚀性的原则。在对耐热型低合金钢相同钢号相焊时，在焊接完成后焊缝金属中的Cr、Mo的含量应该与母材规定相当，或者是与设计文件中规定的技术要求相符合；在高合金钢相同钢号相焊时，通常情况下需要考虑焊接材料的耐腐蚀性；不同钢号的钢材相焊时，因为两侧母材的抗拉强度不同，所以对焊接完成后焊缝金属的抗拉强度值有一定的要求，要介于抗拉强度较低母材的下限值与抗拉强度较高母材的上限值之间，以确保焊接接头的强度。
2.3焊接坡口制备、形式与接头组对
钢制压力容器在进行焊接坡口制备时，对于碳素钢和标准抗拉强度下限值低于540MPa的强度型低合金钢，冷加工或者热加工都比较适用；对于耐热型低合金钢、高合金钢和标准抗拉强度下限值大于540MPa的强度型低合金钢，冷加工方法比较适用。严格控制复层错边量的误差，避免因为错边量过大而降低复层的焊缝质量。
2.4焊接设备与环境
对于不锈钢复合板焊接可以采用焊条电弧焊的方法，直流焊机在基层、过渡层和复层三种焊缝中都可适用，可选择逆变焊接电源。
焊接环境是焊接工艺中需要控制的内容之一，因为焊接环境的温度、湿度、风速等会影响焊缝的焊接质量。所以在焊接施工开始前，应该对环境中的温湿度以及风速进行测量，一般在不锈钢复合板表面0.5～1m的范围内进行测量。一般情况下，温度在0℃以上，且风速低于2m/s的环境下，可以进行焊接。如果在雨雪天气，焊接温度在0℃～-20℃之间时，应该在焊点100mm范围内进行预热，在温度达到15℃以上时再进行焊接。不同的焊接方法对风速有不同的要求，如果风速超过要求范围时，应该采取相应的防风措施。
3钢制压力容器焊后热处理
3.1焊后热处理的作用
由于焊接施工是对焊件局部区域进行加热和冷却的过程，焊接区域在短时间内会受到高温热源和局部约束应力的影响，因此在焊接接头的各个部位经历不均匀的冷热变化后，焊接接头中会存在焊接残余应力，焊接区和热影响区的金属会有化学成分和金相组织发生很大变化。为了改善焊接接头的结构、性能和稳定性，必须采用焊后热处理，消除焊接接头中的残余应力，提高焊缝的耐蚀性、冲击韧性、强度和蠕变性能。
3.2焊后热处理的保温温度和保温时间
保温温度和保温时间是焊后热处理的重要参数，直接影响焊后热处理的效果。保温温度的确定应先高于行业规定的最低温度，再判断钢的屈服强度，以保证焊接接头的金属在适当的温度下能产生一定的塑性变形，消除接头中的残余应力。保温温度的控制还应考虑钢中的氢能处于活性状态，使氢从钢中溢出，降低氢含量，防止焊缝冷裂纹。为了恢复钢的强度、硬度、塑性和韧性，一般将温度控制在450℃以上，此时晶粒再结晶，钢的性能得到恢复。由于焊件厚度和结构的不同，焊后热处理的保温时间也不同。在焊件厚度大、结构复杂的情况下，为减少温差应力的产生，应适当延长保温时间，保证焊件内外温度达到均匀状态。
3.3焊后热处理方法
（1）整体热处理。小直径、小体积压力容器的现场修复通常采用整体热处理，一般采用燃烧器加热或电加热。如果燃烧器用于加热，通常在容器的开口处放置一个或多个燃料和气体燃烧器，通过强制对流均匀加热容器的外壳。为了使壳体保持在一定的温度范围内，通常在容器外表面铺设一层保温层，以减少温度损失。
（2）局部热处理。许多大型钢制压力容器由于在运输过程中受体积限制，不能整体运输，因此需要对钢瓶和管道进行现场焊接和安装。对于此类焊缝和需要局部补焊的焊缝，可采用局部热处理。由于局部加热会产生较大的热应力，因此筒体与连接管的焊接区域应采用焊后热处理。
4结束语
压力容器作为工业生产的常用设备，压力容器的安全性和稳定性对行业生产效率有着直接影响，不管是任何形式的危险，都可能对工业生产造成严重的破坏。为了进行更加稳定高效地生产发展，压力容器的热处理必须落实到位，相关人员仔细区分金属材料性质，选择最佳处理方案，做好各环节的质量控制。焊后热处理是焊接过程中最重要的一步，也是消除焊接应力的重要手段，因此有必要选择合适的焊后热处理方法，做好质量控制。
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