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進(jìn)行304不銹鋼管焊后熱處理的目的主要有三個：一是釋放焊縫金屬中的有害氣體，尤其是使焊縫金屬中的擴散氫迅速逸出，降低焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的含氫量，防止產(chǎn)生304不銹鋼管焊后冷裂紋；二是改善焊接接頭的微觀組織和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善接頭的機械性能；三是降低或消除焊接殘余應(yīng)力，穩(wěn)定焊件的形狀，減少304不銹鋼管焊后畸變。在前兩個方面目前主要通過試驗方法來進(jìn)行熱處理效果對比和分析，在消除殘余應(yīng)力方面則多采用模擬和試驗相結(jié)合的方法來研究。

熱處理數(shù)值模擬研究最早出現(xiàn)在上世紀(jì)七十年代中期，日本京都大學(xué)的井上達(dá)夫教授等人建立了淬火熱處理過程中材料的熱學(xué)、力學(xué)和相變之間耦合作用的模型，為熱處理模擬建立了基礎(chǔ)。八十年代，304不銹鋼管焊后熱處理工藝松弛和釋放焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬逐漸發(fā)展起來。Nair等人提出了一種數(shù)值模擬方案用于研究鋼管對接焊接接頭殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及其在焊后熱處理過程中的松弛行為，并采用304不銹鋼和SAE 1020鋼管進(jìn)行了焊接和焊后熱處理試驗，通過試驗數(shù)據(jù)驗證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。Josefson等人基于旋轉(zhuǎn)對稱性的假設(shè)對碳錳鋼薄壁管道環(huán)向?qū)�接焊接接頭的焊后熱處理過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，探討了不同焊后熱處理對殘余應(yīng)力分布的影響，發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力的減少量主要受保溫溫度的影響。隨著計算機技術(shù)的飛快發(fā)展和基礎(chǔ)理論的進(jìn)步，焊后熱處理數(shù)值模擬的研究更加深入和全面。Alberg和Berglund[109]采取了五種不同的數(shù)值模型對馬氏體不銹鋼部件的焊接過程和焊后熱處理過程進(jìn)行了數(shù)值模擬和結(jié)果對比，比較的模型包括相變模型、塑性模型、粘塑性模型和蠕變模型等，指出應(yīng)考慮諾頓定律使殘余應(yīng)力結(jié)果更加精確。Yaghi等人對發(fā)電廠中常用的P91管道焊接接頭的熔焊過程和焊后熱處理過程的殘余應(yīng)力變化進(jìn)行了數(shù)值模擬，在焊后熱處理過程中考慮了諾頓蠕變定律，蠕變參數(shù)從單軸拉伸試驗中提取。Uzun等人結(jié)合人工智能原理開發(fā)出新的可以通過演化過程確定蠕變模型參數(shù)進(jìn)而用于焊后熱處理過程的模擬模糊算法，并且模擬了保溫溫度和保溫時間對焊后熱處理消殘余應(yīng)力效果的影響，發(fā)現(xiàn)保溫時間在達(dá)到一定閾值時對殘余應(yīng)力釋放幅度沒有顯著影響。同時，焊后熱處理數(shù)值模擬也在向幾何尺度更大、結(jié)構(gòu)構(gòu)造更復(fù)雜的焊件進(jìn)步，Mitra等人使用采用限元分析方法對800mm厚的窄間隙焊接接頭焊后熱處理殘余應(yīng)力釋放現(xiàn)象進(jìn)行了研究和試驗驗證，并對保溫溫度和保溫時間對應(yīng)力消除的綜合影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在較低的保溫溫度下，保溫時間起著重要的作用，隨著保溫溫度的升高，殘余應(yīng)力在保溫初始階段就已迅速降低，因此可以采用較高的保溫溫度來減少保溫時間。

國內(nèi)在焊后熱處理數(shù)值模擬研究上也在快速的發(fā)展，取得了大量的研究成果。逯世杰等人基于MSC.Marc軟件平臺，開發(fā)了考慮蠕變效應(yīng)的熱彈塑性有限元計算模型，研究了蠕變對焊后熱處理殘余應(yīng)力預(yù)測精度和計算效率的影響，發(fā)現(xiàn)熱處理過程消除殘余應(yīng)力，是因為隨著溫度的升高，材料屈服強度的減小幅度大于彈性模量的減小幅度，進(jìn)而使得材料彈性應(yīng)變變小以及高溫蠕變效應(yīng)一起導(dǎo)致的結(jié)果。董平沙等人對焊后熱處理過程中應(yīng)力的松弛機制進(jìn)行了研究，并分析了了保溫溫度、保溫時間、焊件厚度和升溫速率等焊后熱處理參數(shù)對殘余應(yīng)力是釋放效果的影響，發(fā)現(xiàn)焊后熱處理最主要的應(yīng)力消除機制是蠕變引起的應(yīng)力松弛，同時熱處理溫度對殘余應(yīng)力的釋放效果影響較大。隨著實際生產(chǎn)中焊后熱處理工藝?yán)碚撝笇?dǎo)的迫切需求，關(guān)于焊后熱處理參數(shù)的設(shè)定、復(fù)雜構(gòu)件的焊后熱處理加熱方式的選擇等數(shù)值模擬也在快速發(fā)展并應(yīng)用于工程實際中。申文飛等人對加氫反應(yīng)器的焊后熱處理工藝進(jìn)行了有限元模擬，提出將加熱帶寬度改至270mm，保溫氈寬度改至550mm，可以在殘余應(yīng)力基本一致的基礎(chǔ)上有效地減少熱處理過程中產(chǎn)生的畸變。李繼紅用有限元法模擬分析了離心壓縮機葉輪的焊后熱處理殘余應(yīng)力變化過程，并對比分析了熱處理溫度分別為為650℃、700℃和750℃下的殘余應(yīng)力降低效果，結(jié)果表明：3種溫度下殘余應(yīng)力分別降低了49.3%、54.5%和62.7%，750℃是葉輪焊后熱處理消除殘余應(yīng)力較為理想的溫度。

304不銹鋼管焊后熱處理的效果取決于多方面的原因，如熱處理加熱設(shè)備、304不銹鋼管焊后熱處理方式、304不銹鋼管焊后熱處理工藝參數(shù)和焊后熱處理實際操作情況等因素。設(shè)計不合理的熱處理工藝不但不會降低焊接接頭的殘余應(yīng)力，反而會對焊接接頭附加額外的熱應(yīng)力使接頭過早失效。在陳忠兵等人對厚壁12Cr1MoVG鋼三通管道焊接接頭裂紋產(chǎn)生原因的研究中，根據(jù)有限元模擬發(fā)現(xiàn)不合理的焊后熱處理工藝會導(dǎo)致管道的溫度分布不均勻，從而會附加熱應(yīng)力，是接頭產(chǎn)生裂紋的重要原因，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點將三通主管道進(jìn)行輔助加熱可以有效地使焊后熱處理的溫度分布更加均勻，進(jìn)而有效減少額外附加的熱應(yīng)力。

綜上所述，焊后熱處理數(shù)值模擬技術(shù)已取得了豐碩的研究成果和很大的研究進(jìn)展，傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗設(shè)定的焊后熱處理工藝具有一定的盲目性，根據(jù)材料類型、結(jié)構(gòu)特點和尺寸等方面來進(jìn)行焊后熱處理數(shù)值模擬進(jìn)而為實際生產(chǎn)提供理論參考具有重要的的意義和價值。