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19Mn6钢焊后热处理试验研究
发布时间：2013-10-21 09:36 来源：未知
0、前言
焊后热处理(Post Welding Heat TIeatment简称PWHT)在锅炉及压力容器等焊接结构的产品制造过程中占有重要地位。PWHT是影响产品使用性能及其结构强度安全性的重要因素之一，同时也是保证锅炉及压力容器制造质量的一项关键措施，因此受压元件的焊后热处理受到世界各国高度重视，开始了试验研究。我国也相继组织制定，锅炉压力容器行业的“焊后热处理方法”标准，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗�；怪频哪拘忌镏士帕Ｈ剂稀�
针对锅炉压力容器行业常用的19Mn6，12CrlMoV等钢种，进行焊后热处理工艺及其对力学性能影响的研究。这些研究工作对提高我国焊后热处理工艺水平及节约能源等方面都提供了宝贵的经验和依据。
采用美国ASME、日本JIS、英国BS焊后热处理标准，同行业锅炉厂现行的焊后热处理工艺及有关焊后热处理试验研究成果，结合本公司现行的焊后热处理工艺进行分析论证。在保证产品安全性和质量的前提下，提出适合本公司的节约焊后热处理工艺参数。
1、焊后热处理定义
(1)定义
焊后热处理即PWHT是指为改善焊接区和母材的性能，消除焊接残余应力等有害影响。将焊接区或局部在金属的相变点以下均匀加热到足够高的温度，并保持一定时间，然后均匀冷却的过程。以前这种处理都称为消除应力退火。由于这种叫法容易把热处理的目的误为只是消除残余应力。所以目前各国都使用PWHT即焊后热处理这种叫法。
(2)目的
a．改善焊接接头的组织性能，软化淬硬区，降低硬度，提高塑性、韧性及蠕变极限，防止焊接结构的脆性破坏。
b．松弛或消除焊接应力，防止延迟裂纹的产生和发展，提高焊接结构的使用可靠性和寿命。
c．提高抗腐蚀性能。
d．消氢、防止产生冷裂纹。
2、焊后热处理对焊缝金属的影响
钢材在焊接时温度梯度变化显著，使焊接区造成残余应力及组织上的不稳定。通过PWHT可以松弛焊接残余应力，软化淬硬区改善组织，减少氢含量，提高耐蚀性。尤其是提高19Mn6等钢的冲击韧性，改善机械性能及蠕变性能等。但是，若PWHT工艺参数不等，若温度过高或者是保温时间过长，反而会使焊缝金属晶粒粗大，碳化物聚集或碳层增加，从而造成蠕变强度及冲击韧性的下降。
我们仅对19Mn6钢焊接后热处理对焊缝金属的残余应力松弛及力学性能的影响作为重点分析。
(1)焊后热处理工艺对残余应力的影响
消除焊后的残余应力是PWHT的重要目的之一。通过降低残余应力水平，可以增强其抗胞断的能力，保证设备安全运行。一般要求PWHT处理后残余应力应降低70%以上。
在保温过程中由于产生蠕变现象，残余应力得以充分降低。因此PWHT中得加热温度、保温时间及冷却速度工艺参数对残余应力消除程度都有重要影响。
a．加热温度的影响
焊缝残余应力的降低在PWH参数中加热温度起着关键作用。这正被许多试验结果所证明。我们选择了19Mn6钢的焊缝在不同温度下的应力松弛曲线，如下图所示：
从上述曲线可以明显看出随着加热温度的升高，而残余应力不断降低。但是要是残余应力降低到要求的数值，则必须选择加热温度。在选择加热速度时除要考虑残余应力消除程度，同时还要考虑焊缝的母材的力学性能及再热裂纹问题。
b．保温时间的影响
PVVHT中心保温时间对残余应力降低程度也是起着重要作用。若保温时间过短则应力清除不好，实验证明，在一定的加热温度下，过多延长保温时间，对进一步消除应力效果是不大的。
c．冷却速度的影响
PWHT中的冷却速度也是一个重要参数，在PWHT加热后冷却过程中产生应力，因而使冷却后的残余应力值增大，该值取决于焊接结构的形状、尺寸及进行PWHT过程中从加热温度冷却到出炉温度的冷却速度，特别是对构件形状复杂及壁厚相差大的构件，应充分注意冷却速度的控制。
(2)焊后热处理对焊缝力学性能的影响
PWHT不仅对消除残余应力有影响而且对焊缝的性能也有影响，加热温度过高会使强度降低；过低会使强度过高韧性降低。
加热温度对力学性能的影响做过试验其结果如下：
a．焊后热处理加热温度对焊缝强度的影响
19Mn6钢焊缝金属及接头在不同温度焊后热处理的拉力试验结果如下：
试验结果说明19Mn6钢焊缝及接头金属分别在580 - 620C温度焊后热处理，其拉伸强度和塑性变化不大。
b．焊后热处理加热温度对接头、焊缝的冲击韧性的影响。
19Mn6钢的接头、焊缝分别在580 - 620C焊后热处理的冲击韧性状态如下：
由表可知，焊后热处理焊缝的冲击韧性度比不大。
3、焊后惹处理工艺的比较
影响焊后热处理效果除PWHT条件外，还与焊接工艺、焊接材料、热处理条件等因素有关，因此各国及国际各锅炉厂的焊后热处理工艺不尽一致，也是正常的。各国标准的焊后热处理工艺都是原则上的规定，具有工艺参数应结合各制造厂具体情况加以确定。
(1)装炉、出炉温度比较
焊后热处理过程的开始阶段是关键阶段之一，如果装、出炉温度偏高。由于温度应力的产生有可能导致开裂，特别是对构件，应根据具体实际情况，可将装、出炉的炉温适当降低，不应受标准规定的温度所限，一般规定炉温不大于400C。
(2)加温速度和冷却速度的比较
加热速度或冷却速度若控制不当，使其速度过大造成构件的温度不均匀。在某种情况下会产生变形，甚至产生裂纹，各国焊后热处理标准规定了大致相同的速度控制范围。
(3)加热温度的比较
对焊后热处理工艺来说，加热温度是最重要的工艺参数。它直接影响焊后热处理效果，在消除应力方面加热温度起关键作用。
(4)保温时间比较
各国标准均将构件壁厚作为确定焊后热处理保温时的主要依据，一般是按1min/mm进行计算保温时间。
4、结束语
经对ASME、ns、BS等国家焊后热处理标准的对比，及对国内焊后热处理工艺比较、焊后热处理研究成果的分析。随着科技技术发展，国外先进的焊后热处理标准水平有较大提高，国内锅炉行业锅炉厂也都在不断改进和提高。因此本公焊后热处理工艺节能问题是大有潜力可挖，建议公司领导，组织专题讨论，落实改进方案，增强公司产品竞争力。
