消氢处理是一种热处理技术,主要用于焊接后的工件,其目的是通过加热和保温过程,使焊缝金属中的扩散氢迅速逸出,从而降低焊缝及热影响区的含氢量,防止产生裂纹。
消氢处理的温度一般控制在250~350℃之间,保温时间则根据工件板厚确定,每25mm板厚不小于0.5小时,且总保温时间不得小于1小时。达到保温时间后,应缓冷至常温。
工程实践和科学实验证明,氢进入金属后将对金属的力学性能造成严重的损伤,溶解于金属晶格中的氢使塑性、韧性明显下降,甚至产生裂纹,导致脆性破坏。脆性破坏前容器的外观无任何可见的变形,其破坏不仅具有突然性,易产生金属碎片,而且可能在应力水平较低的情况下发生,也称低应力脆断,因而其事故后果的危害性较大。
焊接时的氢一方面可能来自焊接材料吸附的水分,在电弧高温作用下水分解产生的氢溶融在液态金属中,冷却后氢即保留在焊缝中。因此焊材库要求安装去湿机,焊材使用前应严格烘干并放人保温瓶内;另一方面氢也可能来自施焊环境中的水分或坡口表面的铁锈,在雨、雪环境下或当相对湿度大于90%时应采取有效的防护棤施,否则禁止施焊,焊前也需仔细清理坡口及两侧的表面。
由于氢致冷裂纹往往是在焊后几小时至几天甚至更长时间发生,故也称为延迟裂纹。
消氢处理的主要目的是降低焊接区的硬度,排除焊接区域内氢等有害物质,促进氢的逸出,避免出现硬度升值,从而改善焊接接头的性能。对于厚度大于32mm且材料标准抗拉强度σb>540MPa的焊缝、厚度大于38mm的低合金钢材料、嵌入式接管与压力容器的对接焊缝,以及焊接工艺评定确定需消氢处理的焊缝,焊后宜立即进行后热消氢处理。
消氢处理基于分子热运动学理论,通过合理的升温、保温和冷却方式,使钢中氢向钢件表面扩散,达到去氢的目的。特别是对于含铬13%以上的不锈钢和铁素体钢,在升温到475℃时,由于伴随有钢的强度升高现象,造成钢件变脆,因此选择去氢温度最好高于475℃。
消氢处理广泛应用于焊接后的工件处理中,特别是在低合金钢焊接时,其防止焊接裂纹的效果极为显著。此外,消应力热处理也是使焊好的工件在高温状态下,其屈服强度下降,以达到松弛焊接应力的目的,常用的方法包括整体高温回火和局部高温回火两种。
焊缝金属中吸收的氢,可以通过消氢处理扩散出来。实践证明,只要焊后能及时进行焊后热处理,既可降低过大的焊接残余应力,也可使焊接接头中的扩散氢逸出。
并不是所有金属材料焊接时都会产生延迟裂纹,它与材料的强度级别和化学成分有关,只有强度级别较高、碳当量较高的低合金钢且在焊接残余应力较高时才可能发生这一现象。