细说压力容器焊后热处理

　　压力容器在生产制造过程中，由于频繁的冷、热卷，使工件内部不断受到拉力和压力，造成应力不均和应力集中，并且在焊接时引起焊缝区组织和性能的变化，致使工件焊缝区有残余应力的产生。部分压力容器在毛坯锻造时，有氢进入钢体，当氢逐渐溶解在金属中后，会使钢的强度和塑性明显降低，使工件产生氢脆的现象，要消除工件中的氢，通常采用的方法就是焊后热处理。

　　生产实际中容易出现的问题

　　压力容器在制造过程中，将带来以下问题：

　　1、由于过量的冷卷、冷矫形等冷加工引起的冷作硬化。

　　2、由于焊接引起的焊缝区组织和性能的变化。

　　3、由于焊接产生残余应力以及由此而导致的应力腐蚀裂纹的产生和发展。

　　压力容器焊接时，当母材相邻区域产生一温差大于100度的急剧温度梯度时，在铁素体钢或相当的其他材料中引起不均匀的塑性应变，而在随后的冷却过程中，将产生一个峰值应力达到屈服点的残余应力场。

　　另外，由于压力容器制造中的不均匀塑性应变导致在弹性、塑性材料中产生残余应变，而残余应变可以是来自机械的(主要是冷卷、冷矫形等冷加工)，热力的(主要是焊接过程产生的)，或者两者兼有的原因。

　　因此，在压力容器加工完成的最终产品中将留下残余弹性应变场，并承受相应的弹性残余应力。残余应力的存在，将影响压力容器的使用性能。为了消除焊接区峰值应变，达到内应变均匀分布这一目的，可以采取多种方法，如机械振动法、焊后加热法等。然而，由于压力容器中许多潜在的问题主要来自焊缝区的冶金损伤，所以机械方法以降低内应变的手段已经不足以预防日后运行过程中可能出现的诸多问题。另外，金属的氢脆现象已经比较为人们所关注。氢进入钢以后，机械性能会发生明显的变坏。强度和塑性明显降低，溶解于金属晶格中的氢，使钢在缓慢变形时发生脆性破坏。金属材料中的氢可以是在金属材料生产工艺过程中吸收的，如金属在焊接时液态金属吸收的氢保留在焊缝中，也可能是材料在氢环境中服役吸收的氢。对于焊缝中吸收的氢，比较有效的消除方法就是进行焊后热处理，它既可以达到松弛和缓和焊接残余应力，改善因焊接而被硬化及脆化的焊接热影响区，提高焊缝金属的延性和断裂韧性，也可以使焊接区及附近的氢等有害气体扩散逸出。

　　热处理方法

　　焊后热处理(消除应力热处理)：广义地说，焊后热处理就是在工件焊完之后对焊接区域或焊接构件进行的热处理。其内容包括消除应力退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、回火、低温消除应力、析出热处理等。狭义地说，焊后热处理仅指消除应力退火，即为了改善焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响，从而对焊接区及有关部位在金属相变温度点以下均匀而有充分地加热，然后又均匀冷却的过程。许多情况下所讨论的焊后热处理实质上就是焊后消除应力热处理。

　　改善材料性能热处理：需要通过热处理来达到材料的设计强度、韧性指标的，如螺栓材料35CrMoA，原材料为热轧状态，图样要求使用状态为调质，调质处理提高了材料的性能。

　　恢复材料性能热处理：制造中因冷加工成形使材料发生较大变形或组织发生较大变化而影响材料微观组织和力学性能时，或当要求材料的使用热处理状态与供货状态一致，但在制造过程中破坏了材料的供货热处理状态时，应对受压元件进行恢复材料性能热处理。

　　焊后消氢处理：是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。

　　热处理的目的

　　1. 松弛焊接参与应力。

　　2. 稳定结构的形状和尺寸，减少畸变。

　　3. 改善母材、焊接区的性能，包括提高焊缝金属的塑性、降低热影响区硬度、提高断裂韧性、改善疲劳强度、恢复或提高冷成型中降低的屈服强度。

　　4. 提高抗应力腐蚀的能力。

　　5. 进一步释放焊缝金属中的有害气体，尤其是氢，防止延迟裂纹的发生。

　　热处理并非绝对有利

　　焊后热处理并非是绝对有利的。一般情况下，焊后热处理有利于缓和残余应力，并对应力腐蚀有严格要求的情况下才进行。但是，试件的冲击韧性试验表明，焊后热处理对熔敷金属和焊接热影响区的韧性提高不利，有时在焊接热影响区的晶粒粗化范围内还可能发生晶间开裂。另外，焊后热处理是依靠在高温下材料强度的降低消除应力的，因此，在焊后热处理时，结构有可能失去刚性，对于采取整体或局部焊后热处理的结构，热处理前，必须考虑焊件在高温下的支承能力。所以，在考虑是否进行焊后热处理时，应将热处理的有利和不利两个方面综合比较。从结构性能上来看，有使性能提高的一面，也有使性能降低的一面，应在综合考虑两方面的基础工作上做出合理的判断。

　　专业解读|热处理过的红宝石到底能不能买?

　　很多人一听到热处理过的红宝石就心生恐惧，生怕被被坑。那么到底热处理过的红宝石能不能买呢?今天就来深入了解一下。

　　为何红宝石要热处理?

　　红宝石的产地很少，部分矿源更是接近枯竭，还有一种说法叫作“十宝九裂”，意思就是大多数红宝石都有裂隙，瑕疵等，特别纯净，完美的红宝石是非常少见的。但那些不完美的红宝石又弃之可惜，加上市场对色泽漂亮的红宝石的需求量很大。如果所有红宝石都不经过加工，那么高品质的红宝石就将只被富豪阶级把控。由此，衍生了很多红宝石的加工方法。

　　热处理这种加工方法早在中世纪时就出现于中世纪阿拉伯和欧洲文艺复兴的文献中，从原始的野外烧烤模式到进炉子烧，再到现代化实验室里精确的控温控压。这种历史悠久的处理方法将宝石内部的化学成分重新组合，使红宝石焕发出大自然没能给予它的生动色彩。

　　热处理是不是处理?

　　对于宝石而言，处理和优化是完全不同的概念，经过处理的宝石一般价值很低，但优化的意思是：宝石经过这类手段处理以后，其外观获得了改善，且这种改善稳定而持久。而且宝石优化中，是无外来物质加入或加入被广泛接受的物质到宝石中，所以宝石的优化是被市场接受的。

　　对于红宝石的热处理而言，不能一概认为它是处理手段。最初，红宝石的人处理只是单纯地模拟宝石形成的物理环境，通过加热改善宝石的颜色和净度，后来人们才有意识地加入一些化学物质去改善宝石的品质。所以国标规定，单纯的物理加热属于优化手段，是市场普遍接受的，而加入化学手段的热处理，才被划分到处理，属于扩散/充填处理，不被大多数人所接受。

　　热处理在证书中如何规定?

　　那么在证书中，红宝石的热处理又是如何表示的呢?红宝石的热处理在普通国检证书(NGTC，GIC)上是不会显示的，只有在在国际证书上才会予以标示。(如下图中GRS的证书就在comment一栏用H表示红宝石经过加热)

　　热处理可以分为“老烧”和“新烧”两种。

　　“老烧”在国籍证书上直接标示为H(Heated) 代表热处理无残留物，视为永久性处理，只经过简单热处理，而没有被注色。

　　“新烧”又分为以下几种：

　　H(a)热处理微量残留物(愈合裂隙有硼砂等残留物)小范围注色，性质比较稳定。

　　H(b)热处理少量残留物(愈合裂隙有硼砂等残留物)内部大量注色，性质不太稳定。

　　H(c)代表热处理中量残留物(裂缝或洞痕愈合处有硼砂或玻璃状物质等残留物)内全部注色，性质极不稳定。

　　H(d)代表热处理明显残留物(裂缝或洞痕愈合处有硼砂或玻璃状物质等残留物)。

　　H(Be)代表以轻微元素进行之热处理，铍扩散处理。

　　E(IM)代表包括铍元素等轻微元素之扩散式热处理，诱发形成色域及颜色中心(此法和传统表层热扩散处理不同)，视为永久性处理，重新切磨需特别注意颜色区域分部。

　　简而言之，“老烧”就是大家所说的传统加热，加热后的红宝石性质稳定，不会褪色。但对于“新烧”而言，只有H(a)的红宝石性质比较稳定。所以大家应当尽量避免买到“新烧”货。

　　热处理可以达到怎样的效果?

　　1、红宝石紫色调和蓝色调的消除：改变引起红宝石蓝紫色调的杂质，宝石中的含量和赋存状态，让这些杂质不呈现颜色。

　　2、星光和丝状包裹体的消除，析出和再造：热处理能使宝石中不讨喜的包裹体溶解，使红宝石看起来更加纯净。对含钛元素较多的红宝石进行加热，可以烧出具有星光效应的红宝石。

　　热处理对红宝石价格的影响

　　对于红宝石而言，3ct以上的高品质红宝石一般都具有收藏价值，1ct，2ct的鸽血红，高净度的尤其是缅甸和莫桑比克红宝石也有收藏价值。对于3ct以上的红宝石而言，有无加热对红宝石价格影响较大。对于普通消费级别的红宝石来说，加热对红宝石影响不大。

　　所以对于普通消费者而言，完全可以放心购买经过普通加热处理的红宝石。