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
