壓力容器焊縫返修及焊后熱處理

劉杰

摘 要：壓力容器在檢修過程中，由于各種原因使焊縫焊接接頭出現一些超標缺陷，通過返修予以消除。焊后熱處理是壓力容器焊縫返修的關鍵工藝，它不僅直接影響壓力容器的返修質量，而且是保證壓力容器安全運行的重要條件。本文就壓力容器焊縫返修及焊后熱處理進行了討論分析。

關鍵詞：壓力容器；焊縫返修；焊后熱處理

1 工程概況

某裝置在進行全面檢修過程中，環焊縫與縱縫十字交叉處附近施焊位置的特殊性容易造成明顯的應力集中情況，并且該類設備在工作時，攪拌棒不斷的轉動，使得該處焊縫容易產生疲勞裂紋的傾向。因此檢驗人員對該處焊縫做了重點檢查，在對焊縫表面清理后，對該焊縫做了目視檢查，在著色滲透檢驗后發現有20～30mm長條形裂紋缺陷。缺陷起源于焊縫處，缺陷取向與焊縫縱向幾乎平行，缺陷顯示呈直線狀細線條痕跡，中間稍寬，兩端尖細而顏色（或亮度）逐漸減淡至最后消失。需要對此缺陷進行消除，設備焊縫局部返修，坡口尺寸受缺陷大小及現場操作條件影響較大，以下對現場開槽的坡口的結構尺寸進行應力分析，得到開槽后坡口周邊的應力分布，為制定返修方案提供參考。

2 應力分析

（1）建立數值模型：確定缺陷位置，將缺陷完全刨除，并將刨槽打磨成型，槽深26mm，長40mm。設備主要結構參數如表1所示，由于設備結構尺寸較大，坡口尺寸與筒體尺寸相差較大，為方便計算含坡口的圓柱面簡化為平面，且數值模型具有對稱性，其中模型高750mm，長為450mm。

（2）網格劃分及應力分析：將建立好的數值模型導入應力分析軟件，首先進行劃分網格，由于坡口尺寸與筒體尺寸相差較大，因此需要對坡口周邊進行網格加密，節點數為360184，網格數量為156584，對網格進行無關性驗證，結果表明網格劃分數量不影響應力計算結果，設定對稱邊界條件，壓力邊界條件，頂部筒體重力影響，底面設置為固定邊界條件，設置好后并進行計算。計算結果可得應力分布及變形量大小，坡口周圍存在應力集中，坡口棱角分明，應力集中越大，因此在現場返修過程中應圓滑過渡，從而減小應力集中的情況，減小棱角處應力的大小，為減小焊接的難度。

3 焊縫返修及焊后熱處理

（1）返修主要采用局部熱處理，主要因其在極短時間內即可完成，顯著提高了生產效率，避免了焊接過程的應力集中。GB/T 150規定了局部焊后熱處理的均溫區寬度，沒有給出加熱區寬度要求。由于影響均溫區與加熱區關系的因素很多，包括加熱方法、加熱工藝、被處理焊件結構、保溫條件和環境等諸多因素。

（2）焊后熱處理工藝參數主要包括：保溫溫度、保溫時間、升溫速度和降溫速度。GB/T 30583-2014規定了各類鋼材的焊后熱處理規范參數，主要從消除殘余應力角度考慮，規定了不同類別鋼材的最低保溫溫度和最短保溫時間，但這只是焊后熱處理的通用要求，并沒有考慮焊接接頭的使用性能與工藝性能，國內的絕大多數單位將這一要求作為焊后熱處理工藝卡上的規定值，這是對標準的誤解。實際上，對于具體材料和性能指標（如強度、韌性、蠕變、消除應力、高溫性能、變形等等）都有一個最佳的工藝參數，這個工藝參數需要通過實踐經驗或試驗確定。照抄標準中最低保溫溫度與最低保溫時間，作為產品熱處理工藝卡的規定實施數值，很難取得預想的結果。

（3）無損檢測合格后，根據對設備的焊接工藝及坡口應力分布情況，制定了焊縫返修后的局部熱處理工藝，具體工藝如表2。本次采用單面電加熱，在焊縫背面布置2層保溫棉進行保溫。

（4）焊后熱處理結束后，熱處理檢驗員需要對熱處理曲線上各項參數進行檢查，核實所有參數均在工藝范圍之內；同時也要對外壁的母材、焊縫、熱影響區進行硬度檢測（檢測結果如表3），所測硬度均滿足工藝要求HB≤200。

4 結束語

通過實踐表明，壓力容器焊縫返修及焊后熱處理是壓力容器大修的一個重要環節，必須嚴格按照返修工藝，安排技術水平高的焊工、經驗豐富的熱處理工，同時要求操作人員認真負責，嚴格執行工藝紀律，有效提高返修效率，爭取返修一次性合格，保證使用單位按期試車。

返修過程中的焊后熱處理要慎用，根據實際產品結構，對需要進行焊后熱處理的，編制各項熱處理參數，檢驗結果均滿足工藝要求，則表明焊后熱處理達到了預期效果。

參考文獻

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