2)高于上转变温度的焊后热处理主要用于电渣焊焊接接头,其目的是细化晶粒,改善焊接接头的性能。除了电渣焊焊接接头的细化晶粒热处理外,以下情况也应视为高于上转变温度的焊后热处理。
①先拼板后成形的封头或其他受压元件,如果采用高于上转变温度的热成形工艺,则此类受压元件上的焊接接头在热成形过程中就经受了高于上转变温度的焊后热处理
②正火加回火或调质状态使用的钢材所焊制的受压元件,为满足使用状态要求,需要在热成形后重新进行正火或淬火处理时,则这种热处理对于此类受压元件上的焊接接头来说也是高于上转变温度的焊后热处理。
③要求在正火加回火状态使用的材料(如18MnMoNbR、15CrMoR等),其电渣焊焊接接头或先拼板后进行热成形的受压元件,通常要求在正火(或相当于正火的热成形)后再进行回火处理,对于焊接接头来说,这样的热处理属于先在高于上转变温度,继之在低于下转变温度进行的焊后热处理。
2.焊后热处理的温度和保温时间
温度和保温时间是焊后热处理的重要工艺参数。
(1)焊后热处理的温度
1)常用材料的焊后热处理温度可参照JB/T4709、GB12337及其他有关标准的规定。
2)调质或正火加回火状态供货的钢材进行低于下转变温度的焊后热处理时,热处理温度应低于钢材的原回火温度。
3)有回火脆性倾向的材料,焊后热处理温度应避开材料的回火脆性温度范围。
4)异种钢材相焊时,热处理温度应按两者要求温度的较高者。
5)非受压元件与受压元件相焊时,热处理温度应按受压元件的规定。
6)热处理是焊接工艺评定的重要因素,压力容器或其受压元件的焊后热处理温度应与所适用的焊接工艺评定中试件的焊后热处理温度基本相图。
(2)焊后热处理的保温时间
1)焊后热处理的最短保温时间与压力容器或受压元件的焊后热处理厚度δPWHT有关。δPWHT按以下规定选取:
①对于等厚度的全焊透对接接头,δPWHT为对接焊缝的厚度(余高不计)。
②组合焊缝(坡口焊缝加角焊缝),δPWHT为坡口深度与角焊缝厚度的较大者。
③对于不等厚焊接接头,δPWHT为:对接诶接头较薄一侧的母材厚度;壳体与管板、平封头、盖板、凸缘或法兰相焊时,取壳体厚度;接管、人孔与壳体相焊时,取接管厚度(此厚度仅适用于安放式接管)、壳体(封头)厚度、补强板厚度以及连接角焊缝厚度中的较大者;接管与高颈法兰相焊时,取对接处的管子厚度;管子与管板相焊时取焊缝厚度。
④非受压元件与受压元件相焊时,取焊接处的焊缝厚度。
⑤焊接返修时,δPWHT为返修深度。
⑥对于同一炉内进行焊后热处理的压力容器及受压元件,δPWHT应取上述所有焊后热处理厚度的最大值。
2)对于低于下转变温度的焊后热处理,当母材为碳素钢和强度型低合金钢(焊接工艺评定中材料的类别号为I、II、III、VI类)且δPWHT≤50mm时,最短保温时间为δPWHT/25h,且不少于1/4h,当δPWHT>50mm时,最短保温时间为[2+1/4×(δPWHT-50)/25]h;对于焊接工艺评定中类别号为IV类和V类的材料,当δPWHT≤125mm时,最短保温时间为δPWHT/25h,且不少于1/4h,当δPWHT>125mm时,为[5+1/4×(δPWHT-125)/25]h。对于球形储罐,热处理保温时间按球壳厚度每25mm保温1h计算,且不少于1h。
3.炉内整体焊后热处理的操作规定:
(1)焊件进炉时炉内温度不得高于400℃;
(2)焊件升温至400℃后,加热区升温速度不得超过5000/δS℃/h(δS为焊件的最大厚度,mm),且不得超过200℃/h,最小可为50℃/h;
(3)升温时,加热区内任意5000mm长度内的温差不得大于120℃;
(4)保温时,加热区内最高与最低温度之差不宜超过65℃;
(5)升温及保温时应控制加热区气氛,防止焊件表面过度氧化;
(6)炉温高于400℃时,加热区降温速度不得超过6500/δS℃/h,且不得超过260℃/h,最小可为50℃/h;
(7)焊件出炉时,炉温不得高于400℃,出炉后应在静止空气中继续冷却。
注:热处理时,应在容器的代表性部位设置若干测温点,相邻测温点的距离不宜超过5000mm。
局部热处理时,环向焊接接头每侧加热宽度应不小于钢材厚度的2倍,接管与壳体相焊时加热宽度不得小于钢材厚度的6倍。在要求的加热宽度的范围内设置测温点。靠近加热的部位应采取保温措施,使温度梯度不致影响材料的组织和性能。
3.复合板容器的焊后热处理
焊后热处理涉及到不锈钢都比较头疼,复合板也是如此。原则上如果复合钢板的基层材料需要进行焊后热处理,则该复合钢板制造的容器也应进行焊后热处理,但同时必须考虑热处理对复层材料力学性能和耐蚀性能的影响。对于复合板,焊后热处理有可能使复层材料及复层焊接接头产生碳化物析出或形成σ相,从而损害复层的力学性能还耐蚀性能。所以,在设计不锈钢复合钢板容器和制定容器焊后热处理工艺时,应兼顾基层材料的热处理要求和热处理对复层材料性能特别是耐蚀性能的影响。必要时应采用更合适的复层材料(如超低碳的纯奥氏体不锈钢复层),适当调整焊后消除应力热处理的温度和保温时间,并应通过热处理试验以及试件的力学性能和耐蚀性试验进行验证。