焊接后热处理（PWHT）的重要性

为什么我们需要焊接后热处理？

焊接是压力容器（如火力发电厂的锅炉）制造中最关键的过程之一。

在此过程中，熔池的温度在2000摄氏度的范围内。热量的增加是迅速而瞬时的。当这小条熔池冷却下来时，收缩导致热应力锁定在金属内部。这也可以改变钢的宏观结构。这是因为：

其余大部分钢材几乎处于环境温度下。

焊缝金属层的沉积会在焊缝的整个横截面上产生一个热梯度。

不仅会影响焊接区域，还会影响相邻区域（HAZ）。

突然的冷却和相变会导致宏观结构与原始钢不同，从而导致性能变化，从而使钢变得更脆弱。

这些残余应力和宏观结构变化，再加上工作应力，可能导致压力容器发生灾难性故障。

焊接后热处理通过以受控方式将焊接区域加热，均热和冷却至低于第一转变点的温度来消除这些影响，从而使宏观结构有足够的时间重新调整至其原始状态并消除残余应力。

另一方面，预热是加热到焊接过程的温度，并且温度较低。

要考虑的因素

导致这些压力和宏观结构变化的因素有：

• 焊缝厚度。较高的厚度会增加热梯度并产生残余应力。
• 材质上的差异。焊接两种不同组合的材料会导致母材和焊缝的宏观结构不同。
• 精确控制炼钢过程中的冷却速度可以使P91等钢具有更高的强度。像焊接这样的突然操作会导致不同的宏观结构。许多特殊钢和特殊材料就是这种情况。
• 焊接零件的几何形状不同会导致不同的热梯度，从而导致残余应力。
• 焊接过程中夹带的氢气会导致操作过程中产生应力腐蚀裂纹。氢必须在PWHT过程中扩散出焊缝。

焊接区域和热影响区具有更高的硬度，使钢更脆。在酸性气体应用中，这可能会导致腐蚀破裂。PWHT将硬度控制在可接受的水平。PWHT包括在焊接过程之后以受控方式将金属加热到低于第一转变点的温度，在该温度下保温足够长的时间，然后以受控的速率冷却。

将金属加热到什么温度？

这取决于金属的特性。对于钢，相变发生在碳化铁图上的第一个转变温度或AC 1处。温度必须低于此温度。根据合金元素的不同，温度范围从595°C到775°C不等。

保持时间是几点？

这更多是焊缝厚度的函数，通常是每1英寸厚度15分钟，最少1小时。

加热和冷却的速度还必须考虑宏观结构的变化。

考虑到对压力容器的重要性和安全性，ASME锅炉和压力容器规范VIII-1节UG 40，UCS 56和UHA 32的子节详细介绍了不同焊缝组的PWHT参数。除较低厚度的焊缝（对于碳素钢，小于32毫米的焊缝）外，根据规范，必须以规定的方式进行PWHT。

PWHT参数是WPS和PQR的一部分，必须遵循规范。

焊接后热处理方法

进行焊接后热处理的不同方法更多地取决于实际约束。

• 通过在固定炉中燃烧气体。如果拥有这样一个永久性的窑炉和煤气供应系统是经济的，则通常在制造商的工作中完成。大多数锅炉制造商都有这种燃气炉。
• 通过在大型炉中加热整个锅筒，可以在完成焊接后缓解锅筒的应力。
• 具有大量焊接喷嘴的蒸汽集管箱也以类似的方式进行热处理。
• 焊接的较小零件的PWHT一次或分批在熔炉中进行。
• 通过临时窑中的气体燃烧或电加热。这避免了将最终产品从制造地点运输到具有固定熔炉的设施的成本。
• 本地化的PWHT。施工现场和加工厂使用此方法。
• 最常见的方法是通过电阻加热。陶瓷珠状加热线圈缠绕在焊接区域上。电流控制温度梯度。
• 即使成本高，感应加热也是一种日益普及的方法。这是对焊工更友好的过程。与电阻加热不同，只有管道变热。温度梯度在整个厚度上是均匀的。
• 通过内部气体燃烧。大型容器，塔，球形罐，酸罐等通过内部燃烧气体进行热处理。这需要特殊的设备和熟练的承包商，这是一个复杂得多的过程。在PWHT过程中必须考虑容器的热膨胀。