1、研究焊接后热处理对金属材料抗应力腐蚀性能的影响摘要：焊件在焊接的过程中，一些加工应力、相变应力等超过屈服极限，使得焊件在冷却之后还有着遗留下的应力。焊接残余的应力会严重影响焊接构件的抗应力腐蚀性能，因此需要通过一些技术加以处理。焊接后热处理一种降低焊接所残余的应力的方法。本文就对焊接后热处理对金属材料抗应力腐蚀性能的影响进行研究。先将三块 20g 的钢板进行常规的焊接，预热到 300和 500时进行热处理焊接，利用小盲孔法测试残余的应力。研究热处理对金属材料抗应力腐蚀性能的影响。通过结果发现，焊接后热处理能够降低残余应力，而且提高了金属材料抗应力腐蚀的性能。 关键词：焊接后热处理；焊接残余应力
2、；应力腐蚀 目前，在我国石油化工行业，安装大型设备都采取现场安装。现场安装的工程常用到焊接工艺。焊接工艺对材料的局部加热，会产生瞬间高度集中的温度，使得材料产生不均匀的现象。由于应力过大，出现了屈服极限。焊后的材料有着很强的焊接残余应力。残余应力会出现应力腐蚀，会影响到压力容器的使用。 应力腐蚀只会在特定的环境中出现，必须存在应力才会出现应力腐蚀裂纹。应力腐蚀断裂属于滞后的破坏，有着低应力、脆性的特点。在我国石油化工行业，应力腐蚀开裂的现象时常发生，因为金属材料内的腐蚀介质和拉应力共存。目前，在石油化工行业，普遍在焊接冷却后用退火的方法来消除残余应力。但是，焊接冷却更容易产生残余应力，反而浪费
3、资源增加了焊接残余应力。焊接后热处理的技术，能够尽快的消除残余应力。焊接后热处理的方法，先将金属材料预热到热处理的温度，在焊接时保持这样的温度，直到焊接完成以后才开始缓慢的将材料冷却下来。这样的方式，可以将焊接残余的应力降低下来，从而提高金属材料的抗应力腐蚀性。 1、实验部分 1.1 实验方案 在实验过程中，实验材料选择石油化工行业最常见的 20g 钢板，厚度大概为 14mm。为了实验方便，须将这块钢板切成三份。每份的形状都是中间有 V 型坡口，宽度为 10mm，没有开到底，而在底部预留 3mm 的厚度。三份即为三块试件。从中选择第一块试件，手工电弧焊接，为正常焊接状态，即 110A 电流、3
4、6V 电压、140mm/min 焊速。第二个试件预热达到 300的温度，并在稳定加热的情况下使用和第一个试件一样的焊接参数进行焊接。第二个试件在焊接完以后，要放进保温棉内进行缓慢的冷却，焊接后热处理为 300温度。第三块试件预热达到 500温度，焊接后放进保温棉内逐渐的冷却，焊接后热处理为 500温度。之后利用小盲孔的方法来测算每一个试件内的残余应力。从试件焊缝影响区内，选取部分的金属，将其做成测腐蚀的试样，分别放入稀盐酸和碳酸钠溶液内，用便携式的瞬时腐蚀测量仪测算腐蚀试样处于溶液内的腐蚀速率。 1.2 测算应力 将试件 1、2、3 分别利用小盲孔法来测算其试件内的应力，试件的贴片间距大概为
5、10mm，具体贴片位置见下图。 通过表一，我们得出，在正常焊接状态的试件，它的焊接周围残余的拉应力平均值是 =144.4MPa， =76.2MPa。300后加热处理的试件，它的焊接周围残余的拉应力平均值为 =46.6MPa， =25.2MPa。300后加热处理的试件与正常焊接状态的试件相比，纵向焊接残余的拉应力降低了 68%，横向降低了 62.1%。500后加热处理的试件，焊接周围残余的拉应力平均值为 =33.6MPa， =17.6MPa，和正常焊接状态的试件相比，纵向焊接残余的拉应力降低了 76.1%，横向降低了 76.4%。 1.3 测算腐蚀速率 在三块试件的焊缝处分别取下 25mm15m
6、m 左右大小的试样，分别将其放在碳酸钠和稀盐酸溶液内。在处于室内基本温度的条件下，使用便携式的腐蚀测量仪来测算各试件在酸、碱溶液内的平均腐蚀速率。基本数值如下表。 从该表所计算出的数值中，我们可以发现，热处理温度 500的试件，比正常焊接和 300温度热处理的试件在酸、碱性溶液的平均腐蚀速率要低。300热处理试件在酸性溶液中，其应力腐蚀降低了 30%，而在碱性溶液内降低 31.7%。500热处理试件在酸性溶液中应力腐蚀降低了49%，碱性溶液内降低了 50%。 2、机理分析 2.1 焊接后热处理会降低焊接残余应力 在对金属材料焊接前，需要通过预热将试件本身的温差缩小。在焊接时，持续的加热试件，会
7、造成整个试件出现变化平缓的温度值。因而在焊接过程中，焊缝和母材就会减少不均匀的变量。焊接完成后，用保温棉加以冷却，焊接中残余的热量会稳定整个试件。焊缝和母材的温度差并不大，整体在冷却变形时，就会均匀变形，从而减少了焊接的残余应力。因此，焊接后热处理的温度越高，那么焊接过程中母材和焊缝之间的温度差就会减小，从而减少了焊接的残余应力。 2.2 焊接后热处理能够降低应力腐蚀速率 金属材料内部的腐蚀介质和残余拉应力共同影响下，就会出现应力腐蚀开裂的现象。而阳极金属会在其中不断的溶解，以至于形成和扩展了应力腐蚀的裂纹。应力腐蚀的过程中，可以将残余拉应力视为作用应力，因为残余拉应力会让金属处于腐蚀介质内发
8、生钝化膜错位，一旦裸露出阳性金属，就会加快应力腐蚀的开裂速度。试件倘若经受过焊接的热处理，就可以相应的减少拉应力的数值，避免了破坏金属表面的钝化膜，降低应力腐蚀速率。这样的话，就使得应力腐蚀开裂大大减少。从而就能提高焊件抗应力的腐蚀能力。 结束语： 本文通过对三块 20g 试件进行不一样温度的焊接后热处理，然后利用小盲孔法来测算每个试件内的应力，并对试件在酸、碱溶液内的平均腐蚀速率进行分析。最终通过实验数据表明，试件焊接后热处理的温度越高，那么消除金属内的残余应力效果就会更好。而焊接后热处理的温度越高，那么金属材料的抗应力腐蚀能力也会更好。从而为石油化工行业解决金属材料内的残余应力、提高金属材料的抗应力腐蚀性能提供了实践依据。 参考文献： 1李金权，王茂廷，李均峰.焊接后热处理对金属材料抗应力腐蚀性能的影响J.热加工工艺.2009， （7）. 2王国庆，闫萍，张智超，尹鹤霏.焊接后热处理对 20g 抗腐蚀性能的影响J.科学技术与工程.2009， （12）. 3张西涛.球罐焊接后热处理对残余应力的影响J.价值工程.2010， （3）.
