試論熱處理技術在壓力容器設計中的應用

王超悌 胡洋 尚英軍

摘要：以熱處理基礎為研究對象，闡述了熱處理技術在壓力容器設計中應用的相關問題。先介紹了熱處理基本工藝的技術內容，再從壓力容器設計的角度入手，對熱處理技術的應用進行了闡述?？傮w而言，熱處理技術要能夠滿足壓力容器設計的基本要求，會對壓力容器性能產生直接影響，因此應得到相關人員的關注。

關鍵詞：熱處理技術；壓力容器設計；化工設備

前言：壓力容器是化工企業的常見設備，常被用來儲存具有腐蝕性、易燃易爆的介質。正是因為壓力容器本身具有應用的特殊性，所以其安全性、穩定性一直受到社會的普遍關注。熱處理技術是壓力容器設計應用中的常見技術，這是因為在高溫、高壓、腐蝕性氣液環境下，采用熱處理技術能夠顯著提高和改善焊接部位的力學性能和機械性能，進而保證壓力容器的安全性和可靠性。所以，必須要進一步了解熱處理技術在壓力容器中設計中的相關內容，全面提高設計質量。

1.熱處理技術的基本內容

熱處理技術是一種需要在加熱、保持溫度、冷卻三個階段進行協調并且處理的工藝技術，在熱處理技術中，熱處理技術主要包括以下幾點重要的工藝內容：

（1）加熱方式直接影響熱處理技術的質量。常見的熱處理加熱方式主要分為直接加熱與間接加熱兩種方法，其中，直接加熱主要包括電加熱、液體加熱、氣體加熱等；間接加熱主要是指通過液態金屬等進行間接加熱[1]。

（2）熱處理技術中的溫度控制與選擇也是整個技術的重要內容，這就要求相關人員在采用熱處理技術時，必須要將熱處理的工藝要求，將溫度變化控制在合理的區間內，這樣才能保證金屬材料金相組織能夠在熱處理作用下發生改變，最終確保按熱處理工藝和程序進行，進而保證壓力容器加工質量。

（3）在對金屬材料進行加熱之后，隨著加熱的結束，需要及時對其進行冷卻。此時，金屬材料冷卻必須要充分考慮到原材料之間的差異，再結合壓力容器的不同用途，選擇不同的冷卻方法。

2.熱處理技術在壓力容器設計中的應用思路

2.1在成型件設計中的應用

在壓力容器成型件設計中，考慮到成型件處理是整個壓力容器制作的關鍵點，也是整個設計的關鍵環節。因此在應用熱處理技術中，必須要充分了解外力作用與熱力作用對成型件的影響，在成型件產生一定的形狀變化之后，就需要對熱處理技術進行嚴格控制，確保其外觀形狀等符合最初的設計要求。因此在應用階段，必須要嚴格按照成型件的實際情況進行控制。一般認為，壓力容器用料的熱處理主要是通過改變材料組織結構的方法來獲得最終成品的。因此在成型件設計階段，應用熱處理技術時，必須要充分了解材料組織結構本身所具有的特征，保證其材料性能具有良好的韌性與塑性，通過正火、調質、回火等多種方法對成型件進行處理，這樣才能達到預期的設計目的。例如，按奧氏體不銹鋼本身的結構特點和性能，對該材料進行成型件設計時，如果加工過程破壞了其金屬組織狀態和機械性能，就需要通過固溶的處理方法來恢復材料的本身的原始狀態和性能。

2.2熱處理技術在消除焊接殘余應力中的應用

在壓力容器設計階段，采用熱處理技術充分消除焊接殘余應力也是該技術的重要應用途徑。很多研究證實，焊接的殘余應力是導致壓力容器出現裂紋、再熱裂紋的重要因素，正是因為焊接的殘余應力長時間得不到控制，最終導致壓力容器出現延遲變形裂紋，不利于保證結構尺寸的穩定性。所以在當前壓力容器設計階段，必須要采用有效的手段來消除殘余應力，而熱處理技術就是實現這一目標的突破口[2]。

在焊接之后，常見的處理方法主要分為爐內整體熱處理、分段爐內熱處理、局部熱處理等幾種，其中爐內整體熱處理是相關人員的首選，這是因為爐內整體熱處理具有受熱均勻的優點，相關人員能夠通過溫控儀器有效控制其溫度變化，因此有助于保證設計質量。但如果壓力容器的體積較大，而導致加熱爐無法對其進行有效的加熱，則可以采用分段加熱的方法。在分段加熱階段，應該保證重復加熱的溫度長度不大于1500mm，并且加熱重復部位的相鄰位置還應該做好保溫，避免加熱導致壓力容器上出現明顯的溫度梯度。對于超大尺寸設備無法進行整體熱處理時，還可采用現場模塊組裝、分片組合的方式搭建拼裝式處理設備，滿足爐內整體熱處理要求。

2.3焊接后的熱處理技術應用

焊接節點和焊接方法的選用是壓力容器設計階段的重要內容，在焊接結束后，為了保證質量需要對壓力容器做熱處理。從設計角度來看，此階段熱處理技術的應用主要集中在以下幾方面：

（1）重視熱處理管理。在熱處理技術中，不用溫度與時間的控制都會造成不同的加熱效果，所以在這種情況下，對壓力容器進行焊接操作后，需要圍繞后續的熱處理技術進行工藝管理和控制，制定有效的熱處理工藝流程，避免因為熱處理流程不同導致誤用、誤操作而影響容器焊接質量。

（2）充分了解不同設備的要求。不同壓力容器對熱處理技術的需求存在明顯的差異，所以針對這種情況，在熱處理階段應該根據這些內容進行有效的質量控制，尤其是一些具有特殊要求的壓力容器，在對其進行熱處理之前需要做好準備工作，最大程度上保證壓力容器性能。

2.4熱處理技術的注意事項

在壓力容器設計階段，采用熱處理技術已經成為控制質量的突破口，但是在技術應用過程中，為了保證質量還應關注以下幾方面工作：

（1）熱處理之后能施焊，所以必須要在熱處理之間對預焊件進行焊接處理。

（2）壓力容器焊接工作全部結束并且檢驗合格之后，需要對設備進行耐壓試驗，試驗合格后才能進行熱處理；

（3）除了不銹鋼材料外，拼接管板也需要采用熱處理，來充分消除材料存在的焊接壓力。

同時，壓力容器的制作是一個十分復雜的工藝過程，因此在應用熱處理技術時，必須要采用多種有效的質量控制方法，這樣才能切實提高壓力容器的性能。例如，在壓力容器設計階段，必須要確定壓力容器的具體制造流程，了解熱處理技術對整個壓力容器的影響，對熱處理工藝流程進行優化。一般情況下，往往會在焊接結束后應用熱處理技術。同時，還應該嚴格按照流程操作手冊，將制造過程中的注意事項進行明確，進行技術交底和生產交底工作，確保工藝手冊能夠指導壓力容器生產過程，為全面提高生產質量奠定基礎。

結論：熱處理技術在壓力容器設計中占據著重要位置，所以對相關人員而言，在壓力容器設計階段必須要充分了解熱處理技術的應用方向和環節，能夠在滿足壓力容器的性能、使用要求等方面進行提升和改進，最終全面提高壓力容器質量。

參考文獻：

[1]趙芬香.壓力容器設計中的熱處理問題分析[J].化工管理，2014（14）：97-98.

[2]徐維普，楊金富.熱處理技術在特種設備生產及檢驗中的應用[J].金屬熱處理，2016（S1）：169-172.