压力容器焊缝返修及焊后热处理

刘杰

摘 要：压力容器在检修过程中，由于各种原因使焊缝焊接接头出现一些超标缺陷，通过返修予以消除。焊后热处理是压力容器焊缝返修的关键工艺，它不仅直接影响压力容器的返修质量，而且是保证压力容器安全运行的重要条件。本文就压力容器焊缝返修及焊后热处理进行了讨论分析。

关键词：压力容器；焊缝返修；焊后热处理

1 工程概况

某装置在进行全面检修过程中，环焊缝与纵缝十字交叉处附近施焊位置的特殊性容易造成明显的应力集中情况，并且该类设备在工作时，搅拌棒不断的转动，使得该处焊缝容易产生疲劳裂纹的倾向。因此检验人员对该处焊缝做了重点检查，在对焊缝表面清理后，对该焊缝做了目视检查，在着色渗透检验后发现有20～30mm长条形裂纹缺陷。缺陷起源于焊缝处，缺陷取向与焊缝纵向几乎平行，缺陷显示呈直线状细线条痕迹，中间稍宽，两端尖细而颜色（或亮度）逐渐减淡至最后消失。需要对此缺陷进行消除，设备焊缝局部返修，坡口尺寸受缺陷大小及现场操作条件影响较大，以下对现场开槽的坡口的结构尺寸进行应力分析，得到开槽后坡口周边的应力分布，为制定返修方案提供参考。

2 应力分析

（1）建立数值模型：确定缺陷位置，将缺陷完全刨除，并将刨槽打磨成型，槽深26mm，长40mm。设备主要结构参数如表1所示，由于设备结构尺寸较大，坡口尺寸与筒体尺寸相差较大，为方便计算含坡口的圆柱面简化为平面，且数值模型具有对称性，其中模型高750mm，长为450mm。

（2）网格划分及应力分析：将建立好的数值模型导入应力分析软件，首先进行划分网格，由于坡口尺寸与筒体尺寸相差较大，因此需要对坡口周边进行网格加密，节点数为360184，网格数量为156584，对网格进行无关性验证，结果表明网格划分数量不影响应力计算结果，设定对称边界条件，压力边界条件，顶部筒体重力影响，底面设置为固定边界条件，设置好后并进行计算。计算结果可得应力分布及变形量大小，坡口周围存在应力集中，坡口棱角分明，应力集中越大，因此在现场返修过程中应圆滑过渡，从而减小应力集中的情况，减小棱角处应力的大小，为减小焊接的难度。

3 焊缝返修及焊后热处理

（1）返修主要采用局部热处理，主要因其在极短时间内即可完成，显著提高了生产效率，避免了焊接过程的应力集中。GB/T 150规定了局部焊后热处理的均温区宽度，没有给出加热区宽度要求。由于影响均温区与加热区关系的因素很多，包括加热方法、加热工艺、被处理焊件结构、保温条件和环境等诸多因素。

（2）焊后热处理工艺参数主要包括：保温温度、保温时间、升温速度和降温速度。GB/T 30583-2014规定了各类钢材的焊后热处理规范参数，主要从消除残余应力角度考虑，规定了不同类别钢材的最低保温温度和最短保温时间，但这只是焊后热处理的通用要求，并没有考虑焊接接头的使用性能与工艺性能，国内的绝大多数单位将这一要求作为焊后热处理工艺卡上的规定值，这是对标准的误解。实际上，对于具体材料和性能指标（如强度、韧性、蠕变、消除应力、高温性能、变形等等）都有一个最佳的工艺参数，这个工艺参数需要通过实践经验或试验确定。照抄标准中最低保温温度与最低保温时间，作为产品热处理工艺卡的规定实施数值，很难取得预想的结果。

（3）无损检测合格后，根据对设备的焊接工艺及坡口应力分布情况，制定了焊缝返修后的局部热处理工艺，具体工艺如表2。本次采用单面电加热，在焊缝背面布置2层保温棉进行保温。

（4）焊后热处理结束后，热处理检验员需要对热处理曲线上各项参数进行检查，核实所有参数均在工艺范围之内；同时也要对外壁的母材、焊缝、热影响区进行硬度检测（检测结果如表3），所测硬度均满足工艺要求HB≤200。

4 结束语

通过实践表明，压力容器焊缝返修及焊后热处理是壓力容器大修的一个重要环节，必须严格按照返修工艺，安排技术水平高的焊工、经验丰富的热处理工，同时要求操作人员认真负责，严格执行工艺纪律，有效提高返修效率，争取返修一次性合格，保证使用单位按期试车。

返修过程中的焊后热处理要慎用，根据实际产品结构，对需要进行焊后热处理的，编制各项热处理参数，检验结果均满足工艺要求，则表明焊后热处理达到了预期效果。

参考文献

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