CN102409153A - 不等规格管道焊接接头焊后热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，所述的不等规格管道焊接接头包括横截面积不等或横截面积相等但材质不同的两个管道以及连接所述两个管道的焊缝，其中，进行热处理时，对焊接接头的传热量较大的一端进行加热功率补偿以使得加热区域的最高温度点位于所述焊缝处。本发明方法根据焊缝两端的不同规格管道的不同传热条件来设置相应的加热条件，有效避免了加热区域最高温度点偏离焊缝，克服了传统焊后热处理工艺对接头性能的不利影响，满足焊后热处理技术要求。

Description

不等规格管道焊接接头焊后热处理方法

技术领域

本发明涉及一种不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其适于工业管道或公用管道中材质为钢材的同种钢或异种钢的焊接接头的焊后热处理。

背景技术

焊后热处理(PWHT)是为消除焊接接头残余应力、改善焊接接头的组织和性能而进行的一种热处理，其一般工艺流程为：安装热电偶→布置加热装置→包裹保温棉→设定热处理参数→进行热处理→焊后检验。

工程上有一类管道焊接接头，其由规格不同或者材料与规格均不相同的两个管道焊接而成。传统上在焊缝两端布置等功率加热装置对这类管道焊接接头进行热处理，由于焊缝两端传热条件的差异，加热区域最高温度不一定位于焊缝上，而是向传热量小的方向偏移，偏移量与偏移的最高温度受材料、工艺与接头结构等因素的强烈影响，当焊缝温度在设定温度时，偏移达到的最高温度可能超过材料相变点温度。焊后热处理的温度分布特性及最高温度，对于接头的性能有重要影响：温度分布不合理，热处理后接头仍将存在较大残余应力，对接头使用性能与寿命产生不利影响；热处理温度过低，不能取得焊后热处理的效果；热处理温度超过材料相变点温度，将使接头发生再结晶，对接头性能造成严重损伤，甚至直接导致接头报废。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，所述的不等规格管道焊接接头包括横截面积不等或横截面积相等但材质不同的两个管道以及连接所述两个管道的焊缝，其中，进行热处理时，对焊接接头的传热量较大的一端进行加热功率补偿以使得加热区域的最高温度点位于所述焊缝处。

根据本发明的进一步方案：所述两个管道的内径、外径中的至少一个是不相等的。所述的焊接接头可以为同种钢焊接接头(两管道材料相同)或异种钢焊接接头(两管道材料不同)。

优选地，进行热处理时，对所述焊接接头的传热量较大的一端进行加热功率补偿以使得加热区域的最高温度点位于所述焊缝宽度的中心。

根据本发明，实现加热区域的最高温度点位于所述焊缝处的一个具体实施方案如下：进行焊后热处理时，采取同一加热回路和在焊缝上布置1支热电偶作为加热回路的控温热电偶，其中：根据公式(A)对两个管道分别施加加热功率Q1和Q2，

$\frac{Q1}{Q2}=(1\±10\%)\·\frac{S1\·L1}{S2\·L2}...\left(A\right)$

公式(A)中，

S1和S2分别表示两个管道的横截面积；L1和L2分别表示两个管道上以焊缝宽度的中心为起点开始计算的加热宽度。

优选地，进行热处理时，使两个管道的加热宽度L1和L2相等。在一个具体实施方式中，采取缠绕在焊接接头外的柔性加热绳作为加热元件，两管道上缠绕的加热绳的长度之比与两管道的加热功率Q1和Q2的比值一致。

更具体地，采取同一加热回路时的焊后热处理方法包括如下步骤：

(1)、安装热电偶：在焊缝上安装1支热电偶，作为加热元件的控温热电偶；

(2)、布置加热元件：选择柔性加热绳(也可以采取加热片等)作为加热元件，在以焊缝宽度中心为起点的宽度为L1的范围内的一侧管道上和以焊缝宽度中心为起点的宽度为L2的范围内的另一侧管道上缠绕加热绳，分布在两管道上的加热绳的长度之比与两管道的加热功率Q1和Q2的比值一致；

(3)、包裹保温棉：在加热绳覆盖区域以及距离加热绳的至少300mm范围内的两管道上覆盖保温棉；

(4)、将两管道端口封堵；

(5)、设定热处理工艺曲线，进行焊后热处理。

根据本发明，还可以通过以下实施方案来实现加热区域的最高温度点位于所述焊缝处：采取二个加热回路来分别对两个管道进行加热，且在焊缝上布置2支热电偶，分别作为所述二个加热回路的控温热电偶，进行热处理时，控制所述2支热电偶在同一时刻的温度差在10℃及以内。

更具体地，采取二个加热回路的焊后热处理方法包括如下步骤：

(1)、安装热电偶：在焊缝上安装2支热电偶，分别作为两个加热元件的控温热电偶；

(2)、布置加热元件：在焊缝两侧的管道上分别布置加热元件；

(3)、设定焊后热处理工艺曲线：设定所述2支热电偶的控温曲线，同一时刻两支热电偶的温度差在10℃及以内；

(4)、包裹保温棉：在加热元件覆盖区域以及距离加热绳的至少300mm范围内的两管道上覆盖保温棉；

(5)、将两管道端口封堵；

(6)、根据设定的热处理工艺曲线，进行焊后热处理。

根据本发明，上述的加热元片可以为加热片、加热绳、感应线圈等。

根据本发明，无论是采取一回路加热还是采取二回路加热，均需要对加热元件以及焊缝两侧受热区域进行保温，且两端保温宽度、保温层厚度基本相等。同时采取工程措施，如关闭管道阀门、封堵管道端口等，消除或减少管道内空气流动。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有以下优点：

对于不等规格管道焊接接头来说，因两个相焊接的管道的材质和/或规格的差异，在焊缝两端的传热条件是不同的，发明人理论研究与工程实践发现，传统的在焊缝两端布置等功率加热装置的热处理方法导致接头损伤的原因在于：热处理时的加热区域最高温度点并不是在焊缝上，而是向着传热量小的方向偏移，偏移量的大小以及偏移发生的最高温度与具体的管道材料成分、管道物理性能、管道规格、环境条件、焊后热处理参数等相关。最高温度的偏移，恶化了加热区域温度场特性，影响热处理后接头的使用性能与使用寿命，特别是当达到的最高温度超过材料的相变点后，对接头性能造成严重损伤，甚至导致接头报废。本发明方法根据焊缝两端的不同规格管道的不同传热条件来设置相应的加热条件，对传热量大的一端定量进行加热功率补偿，有效避免了加热区域最高温度点偏离焊缝，成功克服了传统焊后热处理工艺对接头性能的不利影响，满足接头焊后热处理技术要求。

附图说明

图1为根据本发明的焊接接头的示意图；

图2为图1中管道I的截面示意图；

图3为图1中管道II的截面示意图；

图4为采取一加热回路进行焊后热处理时的加热元件的布置示意图；

图5为采取一加热回路进行焊后热处理时的焊后热处理工艺曲线图；

图6为采取二个加热回路进行焊后热处理时的加热元件的布置示意图；

图7为采取二个加热回路进行焊后热处理时的焊后热处理工艺曲线图；

其中：01、焊接接头；02、焊缝宽度中心；1、管道I；2、管道II；

S1、管道I的横截面积；S2、管道II的横截面积；31，32、加热元件；L1、管道I侧的加热宽度；L2、管道II侧的加热宽度；71，72、热电偶；61，62、二支热电偶的控温曲线；60、同一时刻二支热电偶的温度差。

具体实施方式

如图1至3所示，本发明所述的不等规格管道焊接接头01包括管道I、管道II以及连接管道I和管道II的焊缝02，且管道I的横截面积S1与管道II的横截面积S2不等。

当采用同一回路对焊接接头焊后热处理时，如图4所示，将加热元件31，32(加热绳、加热片、感应线圈等)布置在以焊缝宽度中心02为中心的管道I、管道II上。加热装置功率根据接头的材料、规格、加热宽度、焊后热处理工艺参数等计算确定，而分布在管道I和管道II上的功率分别为Q1、Q2。Q1、Q2的分配符合本说明书中公式(A)的要求。

以1支热电偶71作为控温热电偶，按图5设定焊后热处理工艺曲线，根据该曲线，自动控制装置调整加热元件输出电流。由于管道I和管道II上的加热元件处于同一回路，因此输出的功率同比例地增大或减小，但将保持Q1/Q2的比值不变，该工艺即保证焊缝始终处于加热区域最高温度。

当采用二回路对焊接接头焊后热处理时，如图6所示，将二组加热元件31，32(加热绳、加热片、感应线圈等)分别布置在以焊缝宽度中心02为中心的管道I、管道II上。焊缝两端需要的加热功率根据接头的焊后热处理工艺参数、接头两侧的材料、规格、加热宽度等计算确定。焊缝上设2支热电偶71，72，分别控制管道I、管道II上的加热元件功率输出。同一时刻二支热电偶设定的温度差60为±10℃及以内。

无论采用一回路控制还是采用二回路控制，均需要对加热元件及焊缝两侧受热区域进行保温，且两端保温宽度、保温层厚度基本相等。同时，采用工程措施，如关闭管道阀门、堵塞管道端口等，消除或减少管道内空气流动。

下面结合具体实施例对本发明的不等规格管道焊接接头焊后处理工艺进行详细说明，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

某压力管道上有一P22+P91钢组成的焊接接头。P91钢的规格为OD556×41(mm)，P22钢的规格为OD527×26.5(mm)。焊接工艺要求对该焊接接头进行焊后热处理，焊后热处理的加热宽度为以焊缝宽度中心为基准，每侧为P91钢管道壁厚的3倍。

焊后热处理方法，具体实施步骤如下：

(1)、根据焊后热处理工艺要求，计算得到加热需要的最小功率为22kW。考虑功率储备，选择功率为30kW的加热元件，并具体选择长30m、直径10mm、功率30kW的柔性加热绳作为加热元件；

(2)、热电偶布置：选择焊缝上的1支热电偶，作为加热的控温热电偶；

(3)、加热元件布置：设定两管道上的加热宽度L1和L2均为123mm，根据两管道的规格和公式(A)计算出分配在P91钢管道和P22钢管道上的加热功率分别为18.4kW和11.6kW。将加热绳18.4m(即18.4kW功率)均匀缠绕在以焊缝宽度中心为起点P91钢管侧123mm范围内，将加热绳11.6m(即11.6kW功率)均匀缠绕在以焊缝宽度中心为起点P22钢管侧123mm范围内。

(4)、受热区域保温：保温范围为加热缠绕范围另每侧增加300mm，保温层厚度两侧相等。

(5)、消除或减少管道空气流动。关闭管道阀门，以消除或减轻管道内的空气流动。

(6)、焊后热处理。设定焊后热处理工艺曲线，进行焊后热处理。

实施例2

某压力管道上有一12Cr1MoVG+20G钢组成的焊接接头。12Cr1MoVG钢的规格为OD506×16(mm)，20G钢的规格为OD527×26.5(mm)。焊接工艺要求对该焊接接头进行焊后热处理，焊后热处理的加热宽度为以焊缝宽度中心为起点每侧各100mm。焊后热处理的方法具体实施步骤如下：

(1)、热电偶布置：焊缝中心布置2支热电偶，分别作为2片加热片的控温热电偶。

(2)、根据焊后热处理工艺要求，加热需要的最小功率为13.5kW。考虑功率储备，选择20kW加热元件，具体地，选择2片功率均10kW、宽均100mm、长度分别为长1600mm和1700mm的块状加热片，分别布置在12Cr1MoVG钢管和20G钢管侧。

(3)、设定焊后热处理工艺曲线。设定2支控温热电偶的控温曲线。设定的2组曲线开始加热时间、升降温速度、恒温温度与时间等均相同，保证同一时刻两支热电偶设定温度差小于10℃及以内。

(4)、受热区域保温。保温范围为加热元件覆盖范围另每侧增加300mm，且两侧保温层厚度相等。

(5)、消除或减少管道空气流动。堵塞两根管道管口，以消除或减轻管道内的空气流动。

(6)、焊后热处理。根据设定的焊后热处理工艺曲线，进行焊后热处理。

工程中用热成像仪对加热区域的温度测量表明，采取实施例1和实施例2的焊后热处理方法，焊缝处温度即为加热区域最高温度，皆满足接头焊后热处理技术要求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，所述的不等规格管道焊接接头包括横截面积不等或横截面积相等但材质不同的两个管道以及连接所述两个管道的焊缝，其特征在于：进行热处理时，对所述焊接接头的传热量较大的一端进行加热功率补偿以使得加热区域的最高温度点位于所述焊缝处。

2.根据权利要求1所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：所述两个管道的内径、外径中的至少一个是不相等的。

3.根据权利要求1所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：所述的焊接接头为同种钢焊接接头或异种钢焊接接头。

4.根据权利要求1所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：进行热处理时，对所述焊接接头的传热量较大的一端进行加热功率补偿以使得加热区域的最高温度点位于所述焊缝的宽度的中心。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：采取同一加热回路和在焊缝上布置1支热电偶作为加热回路的控温热电偶，其中：根据公式(A)对两个管道分别施加加热功率Q1和Q2，

$\frac{Q1}{Q2}=(1\±10\%)\·\frac{S1\·L1}{S2\·L2}...\left(A\right)$

公式(A)中，

S1和S2分别表示两个管道的横截面积；L1和L2分别表示两个管道上以焊缝宽度的中心为起点开始计算的加热宽度。

6.根据权利要求5所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：进行热处理时，使两个管道的加热宽度L1和L2相等。

7.根据权利要求5所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：采取缠绕在焊接接头外的柔性加热绳作为加热元件，两管道上缠绕的加热绳的长度之比与两管道的加热功率Q1和Q2的比值一致。

8.根据权利要求5所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

(1)、安装热电偶：在焊缝上安装1支热电偶，作为加热元件的控温热电偶；

(2)、布置加热元件：选择柔性加热绳作为加热元件，在以焊缝宽度中心为起点的宽度为L1的范围内的一侧管道上和以焊缝宽度中心为起点的宽度为L2的范围内的另一侧管道上缠绕加热绳，分布在两管道上的加热绳的长度之比与两管道的加热功率Q1和Q2的比值一致；

(3)、包裹保温棉：在加热绳覆盖区域以及距离加热绳的至少300mm范围内的两管道上覆盖保温棉；

(4)、将两管道端口封堵；

(5)、设定热处理工艺曲线，进行焊后热处理。

9.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：采取二个加热回路来分别对两个管道进行加热，且在焊缝上布置2支热电偶，分别作为所述二个加热回路的控温热电偶，进行热处理时，控制所述2支热电偶在同一时刻的温度差在10℃及以内。

10.根据权利要求9所述的不等规格管道焊接接头焊后热处理方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

(1)、安装热电偶：在焊缝上安装2支热电偶，分别作为两个加热元件的控温热电偶；

(2)、布置加热元件：在焊缝两侧的管道上分别布置加热元件；

(3)、设定焊后热处理工艺曲线：设定所述2支热电偶的控温曲线，同一时刻两支热电偶的温度差在10℃以内；

(4)、包裹保温棉：在加热元件覆盖区域以及距离加热绳的至少300mm范围内的两管道上覆盖保温棉；

(5)、将两管道端口封堵；

(6)、根据设定的热处理工艺曲线，进行焊后热处理。

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