浅谈焊后热处理

第一篇：浅谈焊后热处理

浅谈焊后热处理

摘要：工程当中很多金属材料都要求在焊接后对焊缝进行热处理，热处理技术日益成熟的今天不断地在向智能化、自动化发展，但同样也是多样化的，我们需要对其进行深入的了解才能选择合适的技术手段，本文所涉及到的内容是本人对焊后热处理技术的理解与总结。关键字：热处理 温度 设备 加热 加热器

一 前言

热处理实际上就是对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法，大体可分为整体热处理、表面热处理、化学热处理三大类工艺，其中整体热处理又分为退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。材料在焊接后为何要进行热处理呢，原因就在于伴随焊接施工必然会产生残余应力，焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，要消除残余应力的最通用的方法是高温回火，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度和保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。

二 热处理加热设备的选择

热处理工序中的主要设备是加热炉，可以分为燃料炉和电炉两大类。

1.燃料炉。以固体、液体和气体燃烧产生热源，如煤炉、油炉和煤气炉。它们靠燃烧直接发出的热能量，大都属一次能源，价值经济、消耗低，但容易使工件表面脱碳和氧化。常用于一般要求的加热工件和材料热处理中，如回火、正火、退火和淬水。

2.电炉。以电为热能源，即二次能源。按其加热方法不同，又分为电阻炉和感应炉。根据加热工件和材料不同，按工艺要求应配备不同形式的电加热炉。

（1）电阻炉。主要由电阻体作为发热元件和电炉。根据热处理工艺的要求，可进行退火、正火、回火、淬火、渗碳氧化和氮化，也可解决无氧化问题。

（2）感应炉。通过电磁感应作用，使工件内产生感应电流，将工件迅速加热。感应炉加热是热处理工艺中的一种先进方法，主要用于表面热处理淬火，后来逐步扩大为用于正火、淬火、回火以及化学热处理等，特别是对于一些特殊钢材和有特殊工切要求的工件应用较多。

三 焊后热处理的加热方法

（1）感应加热。钢材在交变磁场中产生感应电势，因涡流和磁滞的作用使钢材发热，即感应加热。现在工程上多采用设备简单的工频感应加热。

（2）辐射加热。辐射加热由热源把热量辐射到金属表面，再由金属表面把热量向其他方向传导。所以，辐射加热时金属内外壁温度差别大，其加热效果较感应加热为差。辐射加热常用火焰加热法、电阻炉加热法、红外线加热法。

四 焊后热处理的施工分析

我公司在对焊缝进行热处理时采用的是电阻加热方式，通过ZWK-60Kw型温控柜来控制温度变化和保温时间，以下内容是本人在实际工作后并参考有关资料总结出的经验。

1、电加热器选择

⑴电加热器型式的选择

根据热处理对象的结构形状：一般规格相同管道对接焊缝多选用履带式加热器，对Ф75㎜以下的管道及几何形状复杂的焊接接头的热处理，选用绳形加热器尤为方便，且绳形加热器的热效率比履带式加热器略高。

⑵电加热器宽度确定

电加热器的最小宽度取决于均匀加热区的长度（温度考核区域）和加热宽度系数。均匀加热区长度参照GBJ235—82确定。

⑶电加热器长度选择

对于环缝，选用的履带式加热器的组合长度应等于或小于焊缝的计算长度。因为电加热器不允许自相重叠或相互覆盖。否则将缩短加热器使用寿命。甚至会烧毁。绳形加热器的长度取决于焊缝周长、均匀加热区长度和加热宽度系数。它的长度应等于或大于其计算长度。⑷选用电加热器时的注意事项

电加热器之间可以并联，亦可以串联。额定电压相同者可并联，额定电流相同者可串联。串联时，各电加热器额定电压之和应等于或小于220伏。无论串联或并联，每相电加热器额定电流之和不允许超过热处理电源柜标称额定电流。

选用电加热器时，应力求保持三相负荷平衡。

2、电加热器安装

⑴履带式电加热器安装

当待热处理的焊缝较长时，加热器在安装前，需将数块电加热器预先按相序连接起来，使其总长等于或接近计算长度，这就是所谓履带式电加热器的“组合”。组合电加热器时，电加热器安装，12#损伤。

为了使加热区的温度趋向均匀，水平焊接头上安装加热器时，加热器中线（垂直于管道轴线）必须自焊缝中心下移15~30㎜；对较大直径管道或容器的垂直焊接接头安装电加热器时，上、下部覆盖的履带式加热器应安排单独回路和测温装置控制。

⑵绳形加热器安装

绳形加热器安装也是以焊缝中心对称缠绕，每根绳形加热器两端必须用—25×1.5㎜扁钢抱箍卡紧,在方形或带棱的结构件上安装加热器时,各棱角应先垫上耐热绝缘垫,以防加热器电热缆接地短路。

为了使加热区温度趋向均匀，绳形加热器在管径大于ф245㎜垂直焊接焊头上安装时，应增大上部焊缝区中央的各圈之间的距离；同样，在水平焊接接头上安装绳形加热器，加热器中心线应自焊缝中心下移15~30㎜；

几何形状复杂的焊接接头和难以伸入的焊接接头的热处理，使用绳形加热器尤为方便。管子带闸阀的焊接接头安装加热器时，应减少在闸阀部分各圈之间的距离。相应增大管子部分各圈之间距离。若管径较大时，焊缝两侧应用两组加热器分别控制，以确保加热区各部温度均匀。

在最复杂的三通管焊接接头和支管焊在主管上的焊接接头上安装加热器时，应在三通各管部分别安装加热器，由三个测温和加热装置分别控制各自的温度。若管径较小时，在主管两侧可以公用一组加热器，在支管上应用另一组加热器单独控制。

壁厚不同的焊接接头进行热处理时，在壁厚较大的构件则应减小加热器圈间距离，同样应增大薄壁构件侧圈间距离。有条件最好在焊缝两侧由两组加热器分别控制加热。

3、保温层安装

为节省能源和使加热区各部温度均匀，电加热器外围必须安装保温层绝热，保温材料现多采用硅酸铝玻璃纤维毯。保温层厚一般为6~8㎝。

保温毯宽度应比电加热器宽增加200㎜左右，在保温毯两端和中间应用12#铁丝进行捆扎。

4、热电偶固定

检测温度的准确与否，最重要的因素之一是在热处理的焊接接头上选择固定热电偶的地点和固定热电偶的方法。热端必须放在焊缝表面或距焊缝不大于30㎜的地方。测温热电偶的数量取决于管径及电加热器的数量。热电偶固定点的选择应根据焊缝的空间位置（垂直的还是水平的）

5、接线

电加热器的电源线截面应根据电加热器的功率来选择。ZWK-60Kw型温控柜零线的截面积应不小于相线的截面积。具体的接线方法及操作方法应参阅温控仪器的随机说明书。

五 结语

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理先用材料和各种成形工艺外，热处理工艺是必不可少的。合理的选用加热设备和方法，并且控制好温度的变化及保温时间是热处理质量好坏的关键因素，我们一定要在实际工作当中掌握好每一道工序才能保证工件的质量。

参考文献：

[1] 王亚南，江建业.温控仪控制焊缝热处理工法.1990,7.[2] 热处理主要加热设备

[3] 焊后热处理

第二篇：焊口热处理结果通知单

焊口热处理结果通知单 单位工程名称：

监 理 单 位：

通知日期：

年 月 日 施工单位 编 号 检测单位 完成时间 致（施工单位、监理单位）：以下焊口热处理结果如下：

序号 检件编号 规格 数量（道）结论 验收标准 备注 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 说明：按 标准，热处理结论：热处理共 道。合格 道；

不合格道 基建部工程管理处：

年 月 日 监理单位负责人：

年 月 日 施工单位负责人：

年 月 日 检测单位负责人：

年 月 日

第三篇：热处理

1．退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组 织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。

2．正火：指将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上，30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。

3．淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组 织准备等。

4．回火：指钢件经淬硬后，再加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韧性等。

5．调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。

6．渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

3.固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺

4.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

5.固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型

6.时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度

9.钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

11.钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺

第四篇：热处理

1、马氏体的组织形态主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体.淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢,不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织,因其单元立体形状为板条状,故称板条状马氏体.由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成,所以又称位错马氏体;片状马氏体则常见于高,中碳钢,每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状,故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.一般当Wc<0.3%时,钢在马氏体形态同乎全为板条马氏体;当Wc>1.0%时,则几乎全为片状马氏体;当Wc=0.3%-1.0%时,为板条马氏体和片状马氏体的混合物,随含碳量的升高,淬火钢中板条马氏体的量下降,片状马氏体的量上升.高碳钢在正常温度淬火时,细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体.2、（一）马氏体的分解

从室温到200℃左右范围内回火时，马氏体中一部分过饱和的碳以及细小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在马氏体基体上，使马氏体中的含碳量下降，体心正方的正方度c/a减小（即国饱和程度降低），使马氏体热处理的脆性下降，硬度稍降。此时组织为过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。

（二）残余奥氏体的转变

约在200-300℃，马氏体继续分解的同时，残余奥氏体也发生转变，变成了下贝氏体组织。此时主要组织仍是回火马氏体，但由于加热温度较高，马氏体的过饱和程度进一步降低，组织的硬度降低，塑性提高。由于残余奥氏体转变为硬度较高的下贝氏体，因此钢的硬度下降不大。此时组织为“回火马氏体+下贝氏体”

（三）渗碳体形成和铁素体恢复

约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和的热处理碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1），体心正方晶格变成体心立方晶格，此时组织为“铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合物”,称为“回火屈氏体”，T回。

（四）渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶

约在400-650℃之间，渗碳体不断聚集长大，内应力与晶格歪扭完全消除，组织是由铁素体和球化的渗碳体所组成的混合物，称为“回火索氏体”，S回。此时，碳固溶强化作用消失，强度取决于Fe3C质点的尺寸和弥散度。回火温度越高，渗碳体质点越大，弥散读越低，强度越低。

3、一、过热现象

我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象

加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

三、脱碳和氧化

钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）

四、氢脆现象

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

4、混合物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转移的过程叫做传质。在含有两种或两种以上组分的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每一种组分都有向其低浓度方向转移，已减弱这种浓度不均匀的趋势。

A传质方式及历程，物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散；传质过程的方向及极限，一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系，条件的改变可破坏原有的平衡态；传质过程推动力和速率，平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。

A、传质方式及历程

 物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散。

B、传质过程的方向及极限

 一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系。 条件的改变可、B、传质过程推动力和速率

平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。单位时间，单位相接触面上传递的物质的量，mol/(㎡.s). 传质速率等于传质系数乘以传质推动力。 破坏原有的平衡态。

相变的类型可以从三个不同的角度（即按热力学关系、按结构变化和按动力学关系）来进行讨论。

 相变的热力学规律是非常清楚的，在按热力学关系讨论相变问题时，系统的吉布斯自由能起了热力学势的作用。一级相变的自由能的一阶导数在相变点是不连续的，因而熵和体积的变化不连续，说明它有相变潜热。而二级相变中，熵和体积在相变点是连续的，而自由能的二阶导数所确定的一些响应函数，如比热容、压缩率和膨胀率则有不连续的变化。在自然界中观察到的相变多数是一级相变，合金和金属中的相变也是如此。

从晶体学的观点，阐明母相与新相在晶体结构上的差异，即按结构变化对相变进行分类，是对用热力学关系进行分类的一个重要补充。

结构相变可以分重构型、位移型和有序无序型三种基本类型。重构型相变中，大量化学键被破坏，在重新组合后，新相和母相之间在晶体学上没有明确的位向关系，而且原子的近邻的拓扑关系也产生显著的变化。这类相变经历了很高的势垒，相变潜热很大，过程缓慢。这类相变属于强一级相变。当然，液-固相变和气-固相变也必然是重构型的。另外，还有位移型相变，在相变前后原子的近邻的拓扑关系仍保持不变，相变过程不涉及化学键的破坏，新相与母相之间存在明确的晶体学位向关系，它经历的势垒很小，相变潜热也很小甚至完全消失。因此位移型相变可能是二级相变或弱一级相变。还有一种位移相变，它以晶格切变为主，也可能涉及晶胞内原子的相对位移，这就是人们通常说的马氏体相变，也是强一级相变。有序-无序相变在结构上往往涉及多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。这可以是二级相变或弱一级相变。

相变动力学的任务在于具体地描述相变的微观机制，转变途径，转变速率及一些物理参量对它们的影响。由于在相变的进程中，系统要经历一系列非平衡态，所以要依靠物理动力学的理论和方法。

第五篇：热处理

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