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后热与消氢

 福州电校焊接班 2023-08-12 发布于福建
后热指的是为防止急冷进行焊后加热。后热的目的有两个: 一是促使焊缝中的扩散氢尽快逸出,避免氢致裂纹; 二是适当减缓焊接接头残余应力,防止冷裂纹或者再热裂纹的发生。后热温度一般在200-350℃温度范围内。一般指消氢处理。但是也有相异之处。
1. 消氢与后热
消氢处理与后热处理目的不一样。消氢是加热后让焊接时填充金属中的氢在高温下逸出,后热是改善强度,消除产生裂纹的可能。消氢加热温度低于后热处理温度,同时保温时间短于后热保温时间。消氢大约300-350度,后热大约200-350度。
NB/T47015-2011对后热的说明如下:
4.5.1 对冷裂纹敏感性校对的低合金钢和拘束度较大的焊件应采取后热措施。
4.5.2 后热应在焊后立即进行。
4.5.3 后热温度一般为200℃~350℃,一般不少于30min。
4.5.4 若焊后立即进行热处理则可不进行后热。
API这样定义:
消氢处理DHT  dehydrogenation heat treatment
中间消应力热处理 ISR     intermediate stress relief
最终焊后热处理 PWHT  postweld heat treatment

后热处理 PT                     post treatment 

按ASME Ⅸ QW-490的定义:
postheating: the application of heat to an assembly after welding, brazing, soldering, thermal spraying, or thermal cutting.
postweld heat treatment: any heat treatment subsequent to welding.
从具体操作层面来说也有不同之处,比如heat treatment应该有热处理记录曲线,而heat没有记录曲线。“后热”是个比较宽泛的概念,而“消氢”比较具体。
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一般淬硬倾向较大的材料,焊后需要消氢热处理,以免出现冷裂纹。 防止氢腐蚀的途径有: 一是降低降低钢中碳的含量,例如采用微碳纯铁,可以完全消除氢腐蚀产生的根源;二是采用抗氢钢,在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素,形成稳定的铬、钼等碳化物,使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有:15CrMoR、14Cr1MoR等。
一般认为Rm≥450MPa以上的材料都有可能发生冷裂纹。如耐热钢、马氏体不锈钢、焊接含Ni的低合金钢、异种钢的焊接接头、特殊结构钢和堆焊层等。
消氢是指在焊接过程中,通过一定的工艺措施将焊接接头中的氢气排出,以防止产生气孔、裂纹等缺陷。温度一般为250~350℃,保温时间应根据工件板厚,按每25mm板厚不小于0.5h,且总保温时间不得小于1h确定,达到保温时间后应缓冷至常温。
2. 焊后热处理和后热
焊后热处理和后热是两个不同的概念,两者的工艺与目的各不相同,不能相互代替。焊后热处理(PWHT):广义上: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,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、低温消除应力等。狭义上: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。
后热处理--焊后对焊缝和热影响区加热缓慢冷却热处理防止快速冷却出现裂纹和过大的拘束应力的方法
焊后热处理--焊接完成后为改善接头机械性能的各种热处理的总称,包括后热处理、消氢处理、低温回火处理等,一般指焊接完成后对焊缝进行AC3以下的消除应力热处理。
压力容器及压力管道焊接中所说的焊后热处理是指焊后消除应力的热处理。焊后消除应力热处理过程:将焊件缓慢均匀加热至一定温度后保温一定的时间,然后缓慢降温冷却至室温。
焊后热处理目的、作用:(1)降低或消除由于焊接而产生的残余焊接应力。  (2)降低焊缝、热影响区硬度。(3)降低焊缝中的扩散氢含量。 (4)提高焊接接头的塑性。(5)提高焊接接头冲击韧性和断裂韧性。(6)提高抗应力腐蚀能力。(7)提高组织稳定性。
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2.1 常见的热处理方式

(1)退火处理:将焊接接头缓慢加热到一定的温度,保持一定时间,然后缓慢冷却。退火处理可以消除焊接残余应力,改善组织结构,提高接头的塑性和韧性。
(2)正火处理:将焊接接头加热到一定的温度,保持一定时间,然后空冷。正火处理可以细化晶粒,提高接头的硬度和强度。
(3)回火处理:将焊接接头加热到一定的温度,保持一定时间,然后缓慢冷却。回火处理可以进一步消除内应力,调整接头的硬度和韧性等性能。

2.2 热处理后的组织及性能变化

焊后热处理会对焊接接头的组织和性能产生影响。具体表现为:
(1)晶粒细化:热处理可以使焊接接头的晶粒更加细小,从而提高其力学性能和耐腐蚀性能。
(2)内应力消除:热处理可以消除焊接接头中的残余应力,降低其变形和开裂的风险。
(3)硬度变化:热处理可以改变焊接接头的硬度,根据实际需求进行调整。
(4)韧性提高:通过退火或回火处理,可以提高焊接接头的韧性,提高其使用安全性。
具体焊后热处理可参见本公众号另外一篇文章-焊后热处理集锦。
3. 消氢热处理
消氢热处理,也称后热处理。即在焊后将焊件加热到250~350℃,保温2~6小时,目的是使焊缝中的扩散氢加速逸出,大大降低焊缝和热影响区中的氢含量,防止产生冷裂纹。 一般淬硬倾向较大的材料,焊后需要消氢热处理,以免出现冷裂纹。   

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3.1 常见的消氢方法

(1)真空消氢:将焊接接头置于真空环境中,通过加热和真空压力的作用,使氢气从焊接接头中释放出来。
(2)热处理消氢:将焊接接头加热到一定温度,并保持一定时间,使氢气在焊接接头中扩散并释放出来。
(3)电化学消氢:利用电解原理,将焊接接头作为阴极,通以一定的电流,使氢气在阴极表面析出并从焊接接头中排出。

3.2 消氢的注意事项

(1)选择合适的消氢温度和时间。消氢温度和时间需要根据具体的金属材料和焊接工艺来确定,过低或过短的消氢处理时间都可能无法达到预期的效果。
(2)保持消氢环境的干燥和清洁。在消氢处理过程中,应避免引入潮湿的空气或杂质,以免影响消氢效果。
(3)注意操作安全。在进行真空消氢或电化学消氢时,需要使用专业的设备和技术人员,确保操作安全。

总之,对于绝大多数的焊件焊后热处理是指低于下转变温度进行的焊后热处理,仅仅指消除焊接残余应力热处理。焊后立即进行热处理可不进行后热。

焊后消氢及热处理在保证焊接质量方面具有重要意义。通过合理的选择和处理参数,可以有效地提高焊接接头的质量和使用寿命。在实际生产和应用中,应根据具体的金属材料和产品要求进行相应的焊后消氢及热处理工艺调整和应用研究,以达到更好的制造和使用效果。

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