焊接殘餘應力是由於焊接引起的焊接溫度分佈不均勻、焊接金屬的熱脹冷縮等造成的，因此焊接施工時不可避免地會產生殘餘應力。消除殘餘應力最常用的方法是高溫回火，即將焊接處放入熱處理爐中加熱至一定溫度並保溫一段時間。高溫下材料的屈服極限降低，使內應力高的地方發生塑性流動，彈性變形逐漸減少，塑性變形逐漸增加，進而減少應力。
01 熱處理方法的選擇
焊後熱處理對金屬抗拉強度和蠕變極限的影響與熱處理溫度和保溫時間有關。焊後熱處理對焊接金屬衝擊韌性的影響因鋼種不同而不同。焊後熱處理一般採用單一高溫回火或正火加高溫回火。氣焊焊縫採用正火加高溫回火熱處理。這是因為氣焊焊接及熱影響區晶粒粗大，需要細化，所以採用正火處理。但單一正火無法消除殘餘應力，需進行高溫回火消除應力。單一中溫回火僅適用於現場組裝的大型普通低碳鋼容器的組焊，其目的是實現部分消除殘餘應力和脫氫。大多數情況下採用單次高溫回火。熱處理加熱和冷卻不宜太快，內外壁應均勻。
02 壓力容器所採用的熱處理方法
壓力容器所採用的熱處理方法有兩類：一是提高機械性質的熱處理；二是提高機械性質的熱處理。另一種是焊後熱處理（PWHT）。從廣義上講，焊後熱處理是工件焊接後對焊接區域或焊接部件進行的熱處理。具體內容包括去應力退火、完全退火、固溶、正火、正火加回火、回火、低溫去應力、沉澱熱處理等。的性能，消除焊接殘餘應力等有害影響，將焊接區及相關零件均勻、充分地加熱到金屬相變溫度點2以下，然後均勻冷卻。在許多情況下，所討論的焊後熱處理本質上是焊後應力消除熱處理。
03焊後熱處理的目的
1、緩和焊接殘餘應力。
2.穩定結構的形狀和尺寸，減少變形。
3.改善母材及焊接接頭的性能，包括：提高焊縫金屬的塑性。 b.降低熱影響區的硬度。 c.提高斷裂韌性。 d.提高疲勞強度。 e.恢復或提高冷成型時降低的屈服強度。
4.提高抗應力腐蝕能力。
5.進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，特別是氫氣，防止延遲裂縫的發生。
04焊後熱處理必要性的判斷
壓力容器是否需要焊後熱處理應在設計中明確規定，現行壓力容器設計規範對此有要求。
對於焊接壓力容器來說，焊接區域存在較大的殘餘應力，以及殘餘應力的不利影響。只有在一定條件下才會體現出來。當殘餘應力與焊接中的氫結合時，會促進熱影響區的硬化，導致冷裂紋和延遲裂紋的產生。
當焊接處殘留的靜態應力或負載運轉時的動應力與介質的腐蝕作用結合時，可能會引起裂紋腐蝕，稱為應力腐蝕。焊接殘餘應力和焊接引起的母材硬化是應力腐蝕裂縫產生的重要因素。
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研究結果表明，變形和殘餘應力對金屬材料的主要影響是使金屬由均勻腐蝕轉變為局部腐蝕，即向晶間或穿晶腐蝕轉變。當然，金屬腐蝕開裂和晶間腐蝕都發生在對金屬具有一定特性的介質中。在殘餘應力存在的情況下，根據腐蝕介質的成分、濃度、溫度以及母材成分、組織、表面狀態、應力狀態等的差異，腐蝕損傷的性質可能會改變。
焊接壓力容器是否需要焊後熱處理，應綜合考慮容器的用途、尺寸（特別是壁厚）、所用材料的性能和工作條件來決定。有下列情況之一的應考慮焊後熱處理：
1.使用條件惡劣，如低溫下有脆性斷裂風險的厚壁容器、承受大載荷和交變載荷的容器等。
2.厚度超過一定限度的焊接壓力容器。包括鍋爐、石化壓力容器等，有特殊規定與規範。
3.壓力容器尺寸穩定性高。
4. 易硬化的鋼製容器。
5.有應力腐蝕開裂風險的壓力容器。
6、特殊法規、規範、圖樣規定的其他壓力容器。
在鋼製焊接壓力容器中，在焊接附近區域形成達到屈服點的殘餘應力。這種應力的產生與奧氏體混合組織的轉變有關。許多研究人員指出，為了消除焊接後殘餘應力，650度回火對鋼製焊接壓力容器可以有很好的效果。
同時，人們認為，如果焊接後不進行適當的熱處理，則永遠無法獲得耐腐蝕的焊接接頭。
一般認為，去應力熱處理是將焊接工件加熱到500-650度，然後緩慢冷卻的過程。應力的減少是由高溫蠕變引起的，碳鋼從450度開始，含鉬鋼從550度開始。
溫度越高，越容易消除壓力。但一旦超過鋼材的原始回火溫度，鋼材的強度就會降低。因此，消除應力的熱處理必須掌握溫度與時間兩要素，缺一不可。
然而，在銲接的內應力中，總是伴隨著拉應力和壓應力，並且應力和彈性變形同時存在。當鋼材溫度升高時，屈服強度下降，原來的彈性變形會變成塑性變形，即應力鬆弛。
加熱溫度越高，內應力消除得越完全。但當溫度過高時，鋼材表面會嚴重氧化。另外，對於調質鋼的PWHT溫度，原則上不能超過鋼材的原始回火溫度，一般比鋼材的原始回火溫度低30度左右，否則材料會失去淬火和回火的性能。和斷裂韌性會降低。這點熱處理工人應特別注意。
消除內應力的焊接後熱處理溫度越高，鋼的軟化程度越大。通常，可透過加熱至鋼的再結晶溫度來消除內應力。再結晶溫度與熔化溫度有密切關係。一般情況下，重結晶溫度K=0.4X熔化溫度(K)。熱處理溫度越接近再結晶溫度，消除殘餘應力越有效。
04 PWHT綜合效果的考慮
焊後熱處理並不是絕對有益的。一般來說，焊後熱處理有利於消除殘餘應力，只有在對應力腐蝕有嚴格要求時才進行。但試件的衝擊韌性試驗表明，焊後熱處理不利於提高熔敷金屬及熱影響區的韌性，有時在熱影響區晶粒粗化範圍內會出現晶間裂紋。
此外，PWHT 依靠高溫下材料強度的降低來消除應力。因此，在焊接後熱處理期間，結構可能會失去剛性。對於採用整體或部分焊接後熱處理的結構，熱處理前必須考慮銲接件在高溫下的支撐能力。
因此，在考慮是否進行焊後熱處理時，應綜合比較熱處理的優缺點。從結構性能的角度來看，有提高性能的一面，也有降低性能的一面。應在綜合考慮這兩方面的基礎工作的基礎上做出合理的判斷。
發佈時間：2024年9月4日
