前言
壓力容器在生產製造過程中，由於頻繁的冷、熱卷，使工件內部不斷受到拉力和壓力，造成應力不均和應力集中，並且在焊接時引起焊縫區組織和性能的變化，致使工件焊縫區有殘餘應力的產生。部分壓力容器在毛坯鍛造時，有氫進入鋼體，當氫逐漸溶解在金屬中後，會使鋼的強度和塑性明顯降低，使工件產生氫脆的現象，要消除工件中的氫，通常採用的方法就是焊後熱處理。
一、問題的提出
壓力容器在製造過程中，將帶來以下問題：由於過量的冷卷、冷矯形等冷加工引起的冷作硬化。由於焊接引起的焊縫區組織和性能的變化。由於焊接產生殘餘應力以及由此而導致的應力腐蝕裂紋的產生和發展。壓力容器焊接時，當母材相鄰區域產生一溫差大於100度的急劇溫度梯度時，在鐵素體鋼或相當的其他材料中引起不均勻的塑性應變，而在隨後的冷卻過程中，將產生一個峰值應力達到屈服點的殘餘應力場。另外，由於壓力容器製造中的不均勻塑性應變導致在彈性、塑性材料中產生殘餘應變，而殘餘應變可以是來自機械的（主要是冷卷、冷矯形等冷加工），熱力的（主要是焊接過程產生的），或者兩者兼有的原因。
因此，在壓力容器加工完成的最終產品中將留下殘餘彈性應變場，並承受相應的彈性殘餘應力。殘餘應力的存在，將影響壓力容器的使用性能。為了消除焊接區峰值應變，達到內應變均勻分布這一目的，可以採取多種方法，如機械振動法、焊後加熱法等。然而，由於壓力容器中許多潛在的問題主要來自焊縫區的冶金損傷，所以機械方法以降低內應變的手段已經不足以預防日後運行過程中可能出現的諸多問題。另外，金屬的氫脆現象已經比較為人們所關注。氫進入鋼以後，機械性能會發生明顯的變壞。強度和塑性明顯降低，溶解於金屬晶格中的氫，使鋼在緩慢變形時發生脆性破壞。金屬材料中的氫可以是在金屬材料生產工藝過程 中吸收的，如金屬在焊接時液態金屬吸收的氫保留在焊縫中，也可能是材料在氫 環境中服役吸收的氫。對於焊縫中吸收的氫，比較有效的消除方法就是進行焊後 熱處理，它既可以達到鬆弛和緩和焊接殘餘應力，改善因焊接而被硬化及脆化的 焊接熱影響區，提高焊縫金屬的延性和斷裂韌性，也可以使焊接區及附近的氫等 有害氣體擴散逸出。
壓力容器採用的熱處理方法有兩類：一類為改善機械性能的熱處理，一類為焊後熱處理（PWHT）。廣義地說，焊後熱處理就是在工件焊完之後對焊接區域或焊接構件進行的熱處理。其內容包括消除應力退火、完全退火、固溶、正火、正火加回火、回火、低溫消除應力、析出熱處理等。狹義地說，焊後熱處理僅指消除應力退火，即為了改善焊接區的性能和消除焊接殘餘應力等有害影響，從而對焊接區及有關部位在金屬相變溫度點以下均勻而有充分地加熱，然後又均勻冷卻的過程。許多情況下所討論的焊後熱處理實質上就是焊後消除應力熱處理。
二、焊後熱處理的目的
壓力容器的焊後熱處理主要就是去應力退火以及消氫處理，其目的是為了改善焊縫區的組織應力和殘餘應力等有害物質。具體有以下幾點：
1. 鬆弛焊接參與應力。
2. 穩定結構的形狀和尺寸，減少畸變。
3. 改善母材、焊接區的性能，包括提高焊縫金屬的塑性、降低熱影響區硬度、提高斷裂韌性、改善疲勞強度、恢復或提高冷成型中降低的屈服強度。
4. 提高抗應力腐蝕的能力。
5. 進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，尤其是氫，防止延遲裂紋的發生。
三、焊後熱處理的必要性
焊制的壓力容器，焊接區存在著較大的殘餘應力，而殘餘應力的不利影響，在一定的條件下才表現出來。當殘餘應力與焊縫中的氫相結合時，將促使熱影響區硬化，導致冷裂紋和延遲裂紋的產生。殘存在焊縫中的靜應力或負載運行中的動載應力與介質的腐蝕作用相結合時，將有可能引起裂紋狀腐蝕，即所謂應力腐蝕。焊接殘餘應力及由焊接引起的母材淬硬是產生應力腐蝕裂紋的重要因素。在殘餘應力存在的情況下，根據侵蝕性介質的成分、濃度和溫度的不同，以及母材與焊接區的成分、組織、表面狀態、應力狀態等存在的差異而有所不同，從而，使腐蝕破壞的性質可能改變。焊接的壓力容器是否需要做焊後熱處理，應從容器的用途、尺寸（特別是壁板厚度），所用材料的性能以及工作條件等方面綜合考慮決定。有下列情況之一的，應考慮焊後熱處理。承受較大載荷和交變載荷的容器。 1. 使用條件苛刻，如在低溫下工作有發生脆性斷裂危險的厚壁容器；
2. 厚度超過一定限度的焊接壓力容器。包括鍋爐、石油化工壓力容器等有專門規程、規範的。
3. 對尺寸穩定性較高的壓力容器。
4. 有淬硬傾向大的鋼材製造的容器。
5. 有應力腐蝕開裂危險的壓力容器。
6. 其他有專門規程、規範以及圖樣予以規定的壓力容器。
由於在焊接過程中，幾乎都會給工件帶來內應力，只有通過熱處理工序才會消除這些缺陷，但對於有些調質鋼的焊後熱處理，一定要對工藝溫度嚴格控制，不能高於其回火溫度，否則將降低工件的硬度、強度指標，在溫度範圍允許內，溫度越高，應力消除得越充分、越徹底。不同材質用鋼的壓力容器，其工藝溫度也不同。一般認為，消除應力熱處理屬於焊接工件被加熱到500～600度而後再緩慢冷卻的過程，應力的降低起因於高溫下的蠕變，在碳鋼中從450度開始出現；在含鉬的鋼中，從500度開始出現。溫度越高，應力越易於消除。但是一旦超過鋼材的原始回火溫度，鋼的強度便要降低。所以消除應力的熱處理一定要掌握好溫度和時間兩個要素，缺一不可。
四、消氫處理
焊後的消氫處理是指在焊接完成以後，焊縫尚未冷卻至 100℃以下時，進行的低溫熱處理，一般規範為加熱到200～350℃，保溫2～6小時。焊後消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區中氫的逸出，對於防止低合金鋼焊接時產生焊接裂紋的效果極為顯著。 例：R19208 消氫處理工藝
五、消應力處理
在焊接過程中，由於加熱和冷卻的不均勻性，以及構件本身產生拘束或外加 拘束，在焊接工作結束後，構件中總會產生焊接應力。焊接應力在構件中的存在， 會降低焊接接頭區的實際承載能力，產生塑性變形，嚴重時，還會導致構件的破 壞。 消應力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態下，其屈服強度下降，來達到鬆弛 焊接應力的目的。常用的方法有兩種：一是整體高溫回火，即把焊件整體放入加 熱爐內，緩慢加熱到一定溫度，然後保溫一段時間，最後在空氣中或爐內冷卻。 用這種方法可以消除 80％～90％的焊接應力。另一種方法是局部高溫回火，即 只對焊縫及其附近區域進行加熱，然後緩慢冷卻，降低焊接應力的峰值，使應力 分布比較平緩，起到部分消除焊接應力的目的。 例：R19211 中間消應處理工藝
六、焊後熱處理綜合效果的考慮
焊後熱處理並非是絕對有利的。一般情況下，焊後熱處理有利於緩和殘餘應力，並對應力腐蝕有嚴格要求的情況下才進行。但是，試件的衝擊韌性試驗表明，焊後熱處理對熔敷金屬和焊接熱影響區的韌性提高不利，有時在焊接熱影響區的 晶粒粗化範圍內還可能發生晶間開裂。另外，焊後熱處理是依靠在高溫下材料強 度的降低消除應力的，因此，在焊後熱處理時，結構有可能失去剛性，對於採取 整體或局部焊後熱處理的結構，熱處理前，必須考慮焊件在高溫下的支承能力。 所以，在考慮是否進行焊後熱處理時，應將熱處理的有利和不利兩個方面綜合比 較。從結構性能上來看，有使性能提高的一面，也有使性能降低的一面，應在綜 合考慮兩方面的基礎工作上做出合理的判斷。