CN102618713A - 超超临界火电机组焊接sa335-p91/p92钢的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公涉及超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法，其特征在于：1)对热处理设备进行使用前检验，包括对设备热电偶进行校验、校准，使热电偶在不同的温度范围均符合标准要求，然后对热处理设备进行功能性测试，使工件实际温度与温控仪显示的温差值符合标准要求；2)在超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃，恒温1～2小时；采用远红外线加热器(1)对焊接接头加热，恒温温度为760±10℃，恒温时间至少4小时，加热宽度为每侧管壁厚度的5倍，保温长度为每侧管壁厚度的8倍。本发明使得冲击韧性得到显著增加，并且改进了热处理温度输入技术，提高了热处理温度的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，尤其是一种超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法。属于金属热处理技术领域。
背景技术
随着电力工业的发展和全球对环境问题的日益关注，节约一次能源，加强环境保护，减少有害废气排放，降低地球温室效应，已引起国内外的高度重视。提高火电机组的热效率，采用超临界、超超临界机组是防止环境污染的有效途径之一。资源节约型、环境友好型机组是火力发电设备的新趋势。
现有技术中，大型火力发电厂锅炉机组参数的提高主要依赖新型钢材。上世纪60年代时，国外有过提高机组参数的尝试，但因钢材结构问题没有成功，最后只好将参数退回到540℃左右这一典型参数。直到90年代，随着P91/P92新型耐热钢的出现，机组参数的提高才成为可能。但这些新型耐热钢的出现，为焊接工作提出了新的焊接课题。
目前，SA335-P91/P92钢的热处理方法，通常焊缝整体焊接完毕后是立即进行热处理，这样会对焊缝的冲击韧性值构成影响，难以达到标准要求，而且所使用的远红外线加热器，其加热宽度和保温长度，不适合焊接接头长时间加热以及保温。
发明内容
本发明的目的，是为了解决上述现有技术的问题，提供一种能增加冲击韧性值的超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案达到：
超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法，其特征在于：
1)热处理准备：对热处理设备进行使用前检验，包括对设备热电偶进行校验、校准，使热电偶在不同的温度范围均符合标准要求，然后对热处理设备进行功能性测试，使工件实际温度与温控仪显示的温差值符合标准要求；
2)热处理过程：
首先，在超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃，恒温1～2小时；
然后，采用远红外线加热器(1)对焊接接头加热，恒温温度为760±10℃，恒温时间至少4小时，加热宽度为每侧管壁厚度的5倍，保温长度为每侧管壁厚度的8倍；升温过程中，当温度≤500℃时，升温速度≤150℃/h，当温度＞500℃时，升温速度≤120℃/h；焊接接头在保温后再降低，降温至300℃以下在静止空气中缓冷至室温，降温速度≤150℃/h。
本发明的目的还可以通过以下技术方案达到：
本发明的一种技术改进方案是：步骤2)中涉及的远红外线加热器(1)为管子结构加热装置。
本发明的一种技术改进方案是：步骤2)中涉及的远红外线加热器(1)，其外壁上部、外壁下部和内壁各设有热电偶布置点(2)，其后部设有保温棉(3)。
本发明的一种技术改进方案是：步骤1)中涉及的热电偶具有储能结构，该热电偶通过焊接方式固定在远红外线加热器(1)外壁上部、外壁下部和内壁。
本发明具有如下突出的有益效果：
1、本发明在超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢之后，先冷却再恒温1～2小时，后加热再恒温至少4小时，因此延长了焊接接头热处理的时间，从而使得冲击韧性得到显著增加，并且改进了热处理温度输入技术，提高了热处理温度的准确性。
2、本发明由于将热处理的关键数据热处理恒温温度确定为760±10℃，焊缝热处理后硬度为180-250HB，因此可保证冲击功达到41J的最低要求。
附图说明
图1为本发明具体实施例1焊接接头的示意图；
图2为本发明具体实施例1远红外线加热器的结构示意图；
图3为本发明具体实施例1焊接接头的热处理曲线图。
具体实施方式
具体实施例1：
图1-图3构成本发明的具体实施例1。
参照图1、图2和图3，本实施例采用的焊接接头为双V型坡口设计，在焊缝整体焊接完毕后，按照以下步骤进行热处理：
1)热处理准备：对热处理设备进行使用前检验，包括对设备热电偶进行校验、校准，使热电偶在不同的温度范围均符合标准要求，然后对热处理设备进行功能性测试，使工件实际温度与温控仪显示的温差值符合标准要求；
2)热处理过程：
首先，在超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃，恒温1～2小时；
然后，采用远红外线加热器1对焊接接头加热，恒温温度为760±10℃，恒温时间至少4小时，加热宽度为每侧管壁厚度的5倍，保温长度为每侧管壁厚度的8倍；升温过程中，当温度≤500℃时，升温速度≤150℃/h，当温度＞500℃时，升温速度≤120℃/h；焊接接头在保温后再降低，降温至300℃以下在静止空气中缓冷至室温，降温速度≤150℃/h。
本实施例中，步骤2)中所述的远红外线加热器1采用12Cr1MoVφ630×66×2000mm的管子加热，该管子的管壁厚度为80mm，即加热宽度为200mm，保温长度为640mm。在步骤2)中所述的远红外线加热器1外壁上部、下部和内壁分别设有热电偶布置点2，后部设置有保温棉3。步骤1)中涉及的热电偶采用储能焊接方式固定在远红外线加热器1外壁上部、下部和内壁。
本发明对焊后热处理工艺试验如下：
1、热处理对冲击韧性的影响
热处理温度、恒温时间对焊缝金属的韧性都有很大的影响，如下表所示，不同时间、不同温度下所获得的焊缝冲击值，可以看出在临界温度范围内，随着热处理温度的提高、回火时间的延长，焊缝的冲击值也相应获得改善。
2、热处理温度的确定
曼内斯曼钢管公司提供的P92手册显示，P92钢焊缝最佳的焊后热处理温度为750℃～780℃，由于Thyssen焊接材料中提高了Ni和Mn的含量，扩大了奥氏体相区范围，因此热处理温度应比上述上限值有所降低。Thyssen焊接材料产品说明书中指出焊后热处理温度应控制在765℃以下，针对此西安热工院及国电电力研究所对Thyssen焊接材料进行了AC1测定，测定值为786℃。通过检测焊接材料的实际AC1值，我们最终确定了热处理温度为750℃～770℃，热处理温度设定值为760℃。由于热处理时间对焊缝韧性有很大的影响，延长热处理时间能显著增加焊缝的冲击韧性，根据试验用钢管壁厚为40mm，并参考了焊接材料说明书提供的时间参数，确定工艺评定热处理恒温时间定为4小时。
升降温速度确定：当温度≤500℃时，升温速度不大于150℃。为了尽量减少温度剃度，当温度＞500℃时，规定升温速度不大于120℃。降温速度不大于150℃，降温至300℃以下在静止空气中缓冷至室温。
3、焊接线能量
按照单根焊条焊接的焊道长度、焊条熔化所需时间以及测得的电流、电压值，根据焊接线能量公式E＝60UI/V计算，P92钢的焊接线能量应控制在20KJ/CM以下，方能达到所需的焊道厚度及宽度。
4、对P92钢焊接工艺试验情况总结
根据申请人在浙江玉环电厂进行了P92首次焊接工艺评定试验，焊接使用了Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0规格的焊条。焊接过程使用了焊接参数记录仪，准确地记录了当时的每一道焊道的线能量。从记录仪显示的数
热处理工艺的试验方案：三个焊接试样，焊完后直接进行焊后热处理，另三个试样，焊后冷却至100℃，恒温1小时后再进行焊后热处理。通过机械性能的对比，确定热处理的方式。
表1：SA335-P91/P92整个焊接工艺及热处理方法参数
随着预热温度及层间温度的升高、焊接线能量的增大，焊缝中更容易出现δ铁素体，导致焊缝冲击韧性降低，因此焊接过程中保持低的线能量是保证手工电弧焊焊缝冲击功的关键。根据测试，焊后立即进行300℃的后热处理，然后进行焊后热处理所获得的冲击值都很低，平均值为27J，为了使马氏体转变完全，焊后应将温度设定为80℃～100℃，并恒温2小时，再进行焊后热处理。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方桉的范围内。
Claims (4)
1.超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法，其特征在于：
1)热处理准备：对热处理设备进行使用前检验，包括对设备热电偶进行校验、校准，使热电偶在不同的温度范围均符合标准要求，然后对热处理设备进行功能性测试，使工件实际温度与温控仪显示的温差值符合标准要求；
2)热处理过程：
首先，在超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃，恒温1～2小时；
然后，采用远红外线加热器(1)对焊接接头加热，恒温温度为760±10℃，恒温时间至少4小时，加热宽度为每侧管壁厚度的5倍，保温长度为每侧管壁厚度的8倍；升温过程中，当温度≤500℃时，升温速度≤150℃/h，当温度＞500℃时，升温速度≤120℃/h；焊接接头在保温后再降低，降温至300℃以下在静止空气中缓冷至室温，降温速度≤150℃/h。
2.根据权利要求1所述的超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法，其特征在于：步骤2)中涉及的远红外线加热器(1)为管子结构加热装置。
3.根据权利要求1所述的超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法，其特征在于：步骤2)中涉及的远红外线加热器(1)，其外壁上部、外壁下部和内壁各设有热电偶布置点(2)，其后部设有保温棉(3)。
4.根据权利要求4所述的超超临界火电机组焊接SA335-P91/P92钢的热处理方法，其特征在于：步骤1)中涉及的热电偶具有储能结构，该热电偶通过焊接方式固定在远红外线加热器(1)外壁上部、外壁下部和内壁。
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