压力容器焊后消除应力热处理090813

关于钢制压力容器焊后消除

应力热处理有关问题的讨论■摘要：本文对钢制压力容器焊后是否需要消除应力热处理，焊后消除应力

热处理方法的选择，热处理最短保温

时间的确定进行了分析，并针对安全

技术规范和标准的相关内容进行了讨

论■

关键詞:压力容器焊后消除应力热

处理

相关安全技术□

1

.

前言■有关钢制压力容器焊后消除应力热处理，至今国内尚无专业标准。目前对钢制压力

容器焊后消除应力热处理要求的有关内容仅分散在《压力容器安全技术监察规程》、

GB150“钢制压力容器”、GB151“管壳式换热器”、JB/T4709

“钢制压力容器焊接规程”以及JB/T10175—2000“热处理质量控制要求”、■GB/T9452—2003“热处理炉有效加热区测定方法”等安全技术规范和标准之

中。因而在使用过程中出现了理解上

的不一致和偏差。为了满足钢制压力

容器焊后消除应力热处理的要求，保

证钢制压力容器的安全质量，本文将

重点讨论钢制压力容器焊后消除应力

热处理中常见的一些问题，并就此提

出笔者的认识和看法。2.哪些压力容器及主要受压元件需焊

后消除应力热处理?哪些压力容器及主要受压元件需焊后消除应力热处理?笔者认为：应按

照GB15010.4.1

款和GB1516.4

、6.8款(指拼接管板、管箱和浮头盖)判

定。凡符合GB15010.4.1

款和GB151

6.4、6.8款规定的压力容器及主要受

压元件均应进行焊后消除应力热处理。3.采用何种消除应力热处理方法?需进行焊后消除应力热处理的压力容

器，应按照《容规》第73条、第74条

规定选择热处理方法，进行焊后消除

应力热处理。按照压力容器有关安全技术规范和标准，压力容器焊后消除应力热处理方

法可分为以下四种：■(1)炉内整体焊后消除应力热处理；■(2炉内分段焊后消除应力热处理；□(3)焊后局部消除应力热处理；□(4)使用现场整体消除应力热处理。□

由于炉内整体消除应力热处理的效果好，因此在条件具备的情况下，应

优先选用炉内整体热处理方法。对于球形储罐和大型压力容器可採取使用现场整体消除应力热处理方法。由于焊后局部消除应力热处理的效果较炉内整体消除应力热处理差，因

而《容规》和标准对局部消除应力热

处理方法的应用作出了较为明确的限

制。目前局部消除应力热处理只限应

用于B

、C、D类焊接接头以及球形封头

与园筒连接的A类焊接接头。4.怎样确定压力容器焊后消除应力热处理最短保温时间?笔者认为：压力容器焊后消除应力热处理最短保温时间应按照JB/T4709第

8章确定。值得注意的是GB15010.4

款将A、B类焊接接头处钢材厚度δs作为确定焊

后热处理厚度，也就是说，GB150是按照钢材厚度δs确定焊后热处理最短保温时间的。而JB/T4709则

将压力容器焊后消除应力热处理厚度

δPWHT作为确定压力容器焊后消除应

力热处理规范参数的依据，也就是将

δPWHT作为确定焊后消除应力热处理最短保温时间的厚度。压力容器焊后消除应力热处理的目的是为了消除焊件的残余焊接应力，以保证焊件的使用性能及稳定尺寸，保证焊件的安全使用。因此，决定焊后消除应力热处理厚度的规范参数是

焊缝厚度而不完全是A、B类焊接接头

处钢材厚度。显而易见JB/T4709的规

定较之GB150的规定更为具体，更为合理且符合实际。但是JB/T4709-2000标准的8.2.2.3款有印刷错误。其间将“焊缝”两字

漏掉。应将原条文“接管、人孔与壳

体组焊时，在接管颈部厚度、壳体厚

度、封头厚度、补强板厚度和连接角

焊缝厚度中取较大者”的内容，更正

为：“接管、人孔与壳体组焊时，在

接管颈部焊缝厚度、壳体焊缝厚度、

封头焊缝厚度、补强板焊缝厚度和连

接角焊缝厚度中取较大者”。如图：有一台钢制压力容器，壳体材料为16MnR,

厚度36mm,接管材料为

16MnI,

厚度65mm,

对于此结构，焊后消除应力热处理需最短保温时间t计

算如下

：接管

壳体i■(1)按照JB/T4709的8.2.2.3款修改前条文计算δ

PWHT=65mm□t=(2+1/4×(65—50)/25)h=2.15h=129min□(2按照JB/T4709的8.2.2.3款更正后条

文计算□

δ

PWHT=36mm□t=36/25h=1.44h=86.4min■从以上两例可以看出，两者之间相差

42.6min。■4.压力容器焊后消除应力热处理质量控制■4.1压力容器焊后消除应力热处理质量控制系统的控制环节和控制点■压力容器焊后消除应力热处理质量控制系统共设5个控制环节9个控制点，

见表1。控制环节1.热处理工艺编制2.热处理准备3.热处理过程4.热处理报告5、热处理分包质量控制热处理报告(1)分包方评价(2分包协议(3)分包项目质量控制控制点(1)热处理工艺编制(2)热处

理工艺修改(1)热处理设备和记录、控温仪

表；(2热电偶数量和布置热处理温度一时间记录曲线表1■

具体要求和内容见“中国化工装备协会”

编写的“压力容器制造单位质量保证人员

培训考核教材(2008版)"第十四章“热

处理质量控制系统”。■其中在“热处理准备”这个控制环节中，

设置了热处理设备和记录、控温仪表、热

电偶数量和布置两个控制点。在相应的程

序文件中设有“热处理炉有效加热区测定

方法”;在相应的工艺文件和质量记录表

卡中设有“热处理炉有效加热区测定报告

和检验合格证”■

上述质量控制要求保证了压力容器焊后消

除应力热处理是在热处理炉有效加热区进

行了测定并出具检验合格证之后才允许进

行。带有热处理炉有效加热区示意图的检

验合格证应悬挂在热处理炉明显位置。□4.2热处理炉有效加热区的测定目前国内关于热处理质量控制要求的标准有两个：

一个是JB/T10175-2000

“热处理质量控制要求”,另一个是GB/T9452—

2003“热处理炉有效加热区测定方法”。■

另外JB/T6049-1992

“热处理炉有效加热区

测定”已经作废，并入到GB/T9452-2003之

中

。在JB/T10175-2000

标准中，规定了热

处理人员、作业环境、设备及仪表、工艺

材料、工艺、技术文件与资料等质量控制

的基本要求。■

JB/T10175

标准将热处理炉按有效加热区保温精度(炉温均匀性)要求分为六类，其

控温精度、仪表精度和记录纸刻度等要求

如表2所示。热处理炉类

别有效加热

区保温精度℃控温精度

℃记录仪表

指示精

度

%记录纸刻度(分辨力)(1)

℃/mm工±3±10.2Ⅱ±5±1.50.5≤4Ⅲ±10±50.5≤5IV±15±80.5≤6V±20±100.5≤8VI±25±100.5≤10(

1

)

允

许

用

修

改

量

程

的

方

法

提

高

分

辨

力

。表2热处理炉按保温精度分类及其技术要求■

JB/T10175规定：热处理炉的每个加热区至

少有两支热电偶，

一支接记录仪表，另一

支接控温仪表，安放在有效加热区内，其

中一个仪表应具有报警功能。□

每台热处理炉必须定期检测有效加热区，

检测周期见表3,检测方法按GB/T9452的规

定，其保温精度应符合表2要求。应在明显

位置悬挂带有有效加热区示意图的检验合

格证。热处理炉只能在有效加热区检验合

格证规定的有效期内使用。热处理炉类别有效加热区检测周期仪表检定周期I13Ⅱ66Ⅲ66IV66V1212VI1212表3热处理炉有效加热区检测周期及仪表检定周期月在GB/T9452-2003

“热处理炉有效加热区测定方法”中同样将热处理炉按

照保温精度分为六类，其分类方法和

技术要求与JB/T10175-2000

标准完全

一

致

。在GB/T9452—2003标准中，也有热

处理炉有效加热区的测定周期及炉温

仪表检定周期的要求，与JB/T10175-

2000标准基本一致，见表4。热处理炉类别有效加热区测定周期仪表检定周期工13Ⅱ66Ⅲ66IV66V1212VI1212注1:利用率较低的热处理炉，其测定周期可适当延长。注2.仅用作退火、正火和消除应力等预备热处理的加热炉，以及经连续

三个周期检测合格，使用正常的热处理炉，其测定周期可延长一年0表4

热处理炉有效加热区推荐测定周期及仪表检定周期

单位为月■

GB/T9452列出了热处理炉凡属下列状况之

一者，均应测定有效加热区：□(1).新添置的热处理炉首次应用于生产；□(2.经过大修或技术改造的热处理炉；□(3).热处理炉生产对象或工艺变更，需要改

变保温精度时；□(4).控温或记录热电偶位置变更时；□(5).定期或临时进行有效加热区检测时。■

热处理炉有效加热区是指经过温度测定而

确定的满足热处理工艺规定的加热温度及

保温精度的工作区间。热处理炉有效加热区测定的目的是：工件在装炉时，进入到热处理炉有效加热区内，然后进行热处理，从而保证工件在热处理

过程中达到热处理工艺规定的加热温度和

保温精度，保证了工件的热处理质量控制

要

求

。■

压力容器的热处理炉大多属于GB/T9452

—2003标准的周期式箱式热处理炉。GB/T9452标准在周期式箱式热处理炉有效

加热区的检测点数量及位置的布置中，将

热处理炉的宽度(b)

限定为≤1.5m,而

热

处理炉的长度

(L)限定为≥3.5m-5m,■

也就是说，适用于GB/T9452标准的周期式箱式热处理炉其最大宽度为1.5m,长度为5m,因而当周

期式箱式热处理炉的宽度大于1.5m,或长度大于5m时则无法按此标准要求测定热处理炉有效加热

区范围。实际情况是，目前国内大多数用于压力容器焊

后热处理的周期式箱式热处理炉在宽度(b)

上

大

于1.5m,或

长

度(L)

上大于5m,一般在长、宽、

高尺寸方面达到15m×4m×4m左右，在长和宽方面

较大的超出了GB/T9452标准的尺寸限定。因此对

用于压力容器焊后消除应力的周期式箱式热处理

炉有效加热区的测定，GB/T9452-2003标准仅只

能作为参考使用。GB/T9452标准中未明确测定热处理

炉有效加热区的法定单位，也就是说，拥

有热处理炉的企业可以自己测定，自行颁

发热处理炉有效加热区检验合格证。在JB/T10175-2000和GB/T9452-2003

标

准中，对于有效加热区保温精度等级最低

的第VI类热处理炉，有效加热区保温精度

为±25℃,即加热区内最高与最低温度之

差不大于50℃。而《容规》第73条4款和JB/T4709第8章中规定“不大于65℃(球形

储罐除外)”,即±32.5℃。两者间有差异，

《容规》和JB/T4709对此要求放宽。纵观上述两个标准

(JB/T10175

和GB/T9452),笔者认为这两个标准主要是

为机械零部件(如轴类、齿轮类等)的热

处理而编制的，适用对象是中小型热处理

炉(长、宽、高为5m×1.5m×2m

左

右

)

,

热处理方法属于机械零部件的正火、退火、

回火、淬火、调质和表面处理等，并不是

为压力容器焊后消除应力热处理编制的。如果按照上述两个标准进行有效加热区测

定，必然存在不少困难，其可操作性差，

甚至于不可行。因此，有必要针对压力容器焊后消除应

力热处理的实际情况，制定压力容器热处

理质量控制要求和压力容器热处理炉有效

加热区测定方法的标准。■5、钢制压力容器用封头的热处理■5.1钢制压力容器用封头的热处理应按JB/T4746—2002“钢制压力容器用封头”的

6.4款的规定进行。■5.2奥氏体不锈钢封头的热处理，除按JB/T4746-2002

规定之外，笔者认为：■(1对于有应力腐蚀要求的奥氏体不锈钢封头在热冲压成型和冷旋压成型之

后，建议进行固溶处理，用以恢复奥

氏体钢板的供货状态(固溶状态),

保证封头母材的抗应力腐蚀能力。□(2对于有晶间腐蚀要求的奥氏体不锈钢封头，在热冲压成型之后，也应进

行固