CN104120241B - 接管座对接接头局部焊后热处理方法 - Google Patents

Abstract

<b>本发明涉及一种接管座对接接头局部焊后热处理方法</b><b>，其采用独立设置的主加热装置和辅助加热装置</b><b>，主加热装置的加热元件等功率、等宽度对称布置在对接焊缝的两端且每端布置的宽度等于接管座的长度，控温热电偶布置在对接焊缝上，热处理曲线按给定的焊后热处理工艺参数设定；辅助加热装置的加热元件以角焊缝为中心布置在筒体上，控温热电偶布置在角焊缝上，恒温温度为主加热装置独立加热恒温阶段端部处管道上的温度</b><b>±30</b><b>℃</b><b>，恒温时间、升温时间及降温速度分别为主加热装置的</b><b>90%</b><b>～</b><b>110%</b><b>。</b><b>本发明方法适用于各种规格及材质的</b><b>接管座对接接头的局部焊后热处理，</b><b>可有效避免加热区域最高温度点偏离对接焊缝，满足接头焊后热处理技术要求</b><b>。</b>

Description

接管座对接接头局部焊后热处理方法

技术领域

本发明涉及一种接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特别适用于高度小于等于3倍外径的接管座的对接接头局部焊后热处理。

背景技术

焊后热处理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→设定热处理参数→包裹保温棉→进行热处理。

压力容器、联箱等的筒体一般在制造厂制造并进行整体热处理，但压力容器、联箱与其筒体外管道连接的对接接头则在使用现场焊接，焊后需要进行热处理时，只能进行局部焊后热处理。该对接接头一端连接压力容器、联箱等的筒体，另一端连接管道，两端的散热条件存在显著差异，因此加热时加热区域的最高温度会偏离加热装置的中心，偏移量与偏移的最高温度受材料种类、规格、环境条件、焊后热处理工艺等因素的强烈影响，并没有简单规律可循。传统热处理时，在接管座对接接头处安装好加热装置后，按照给定的热处理曲线进行处理，其中在安装加热装置时，会在接管座靠角焊缝端布置较多的功率，以补偿该端热量损失，多布置的功率的多少凭操作人员的经验决定，常常使最高温度点并不正好位于对接焊缝上。最高温度的偏移，恶化了热处理温度场，加大了热处理后接头的残余应力，对接头使用性能与寿命产生不利影响，特别是当偏移的最高温度超过材料相变点后，材料发生再结晶，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经验方法的不足，提供一种改进的接管座对接接头局部焊后热处理方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种接管座对接接头局部焊后热处理方法，接管座对接接头包括接管座，管道，筒体，连接接管座与管道的对接焊缝，以及连接接管座与筒体的角焊缝，所述热处理方法采用独立设置的主加热装置和辅助加热装置同时对接管座对接接头进行加热，其中：

主加热装置的设置如下：

加热元件等功率、等宽度对称布置在对接焊缝的两端且每端布置的宽度等于接管座的长度；

控温热电偶布置在对接焊缝上；

热处理曲线按给定的焊后热处理工艺参数设定；

辅助加热装置的设置如下：

加热元件以所述角焊缝为中心布置在筒体上；

控温热电偶布置在角焊缝上；

热处理曲线按如下参数设定：

恒温温度T_fh＝T_D±30℃，其中，T_D为主加热装置独立加热恒温阶段端部处管道上的温度；

升温时间t_fS＝(1±10％)t_zs,其中，t_zs为主加热装置的升温时间；

恒温时间t_fh＝(1±10％)t_zh,其中，t_zh为主加热装置的恒温时间；

恒温后降温至300℃时的降温速度V_fj＝(1±10％)V_zj，其中，V_zj为主加热装置焊后热处理降温速度；

进行焊后热处理时，主加热装置和辅助加热装置同时开始加热。

根据本发明，所述辅助加热装置的恒温温度T_fh与T_D越接近越好。优选地，辅助加热装置的恒温温度T_fh＝T_D±10℃。最优选地，辅助加热装置的恒温温度T_fh＝T_D。

根据本发明，所述辅助加热装置的升温时间、恒温时间及恒温后降温至300℃时的降温速度与主加热装置的升温时间、恒温时间及降温速度分别越接近越好。最优选地，辅助加热装置的升温时间t_fS＝t_zs；恒温时间t_fh＝t_zh；恒温后降温至300℃时的降温速度V_fj＝V_zj。

根据本发明，T_D可通过实验测量获得或通过计算获得。

根据一个具体方面，获得T_D的实验过程如下：取与管道材质和规格均相同的管道，在其中间位置布置1组与主加热装置相同的试验加热装置，并在试验加热装置两端各布置1支测温热电偶，采用主加热装置的给定焊后热处理工艺，测得到达恒温温度时，试验加热装置两端管道上的温度值，该温度值即为T_D。

优选地，本发明特别适用于接管座的长度小于等于其外径的3倍。

根据本发明，接管座和管道可以为同种钢或异种钢。

根据本发明，接管座和管道的规格可以相同或不同。

根据本发明的进一步实施方案：所述方法包括如下步骤：

(1)、安装热电偶：在对接焊缝上安装1支热电偶，作为主加热装置的控温热电偶；在所述角焊缝上安装1支热电偶，作为辅助加热装置的控温热电偶；

(2)、安装主加热装置：选择柔性加热绳或加热片作为加热元件，以对接焊缝为中心，在对接焊缝的两端等功率、等宽度对称布置加热元件，且每端布置的加热元件的宽度等于接管座的长度；

(3)、安装辅助加热装置：选择柔性加热绳或加热片作为加热元件，以角焊缝为中心，在筒体上布置辅助加热元件；

(4)、设定主加热装置热处理曲线；

(5)、通过实验测量或者通过计算获得主加热装置独立加热恒温阶段端部处管道上的温度；

(6)、设定辅助加热装置热处理曲线；

(7)、覆盖保温棉：在主加热装置和辅助加热装置处及其外侧至少300mm范围内覆盖保温棉；

(8)、可能的条件下封堵管道端口；

(9)、主加热装置和辅助加热装置同时开始加热，按设定的热处理曲线进行热处理。

根据本发明，“给定的焊后热处理工艺参数”对于具体的接管座对接接头而言是已知和确定的。

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：

对于接管座对接接头来说，因对接焊缝一端与散热量大的筒体连接，另一端与管道连接，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，传统的在焊缝两端不等功率布置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温度分布受接头结构、材料、环境因素、热处理工艺的影响，最高温度点位置难以准确确定，即加热区域的最高温度并不位于加热装置的中心，而是向传热量小的方向偏移。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，特别是当偏移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传热条件的不同来设置相应主加热装置和辅助加热装置，通过辅助加热对传热量大的接管座一端进行定量温度补偿，并将辅助加热区域温度最高点与主加热装置在接管座一端重合，且控制该温度与主加热装置在管道一端的温度相同或相近，使对接焊缝两端温度对称分布，有效避免了加热区域最高温度点偏离焊缝，避免了对接焊缝两端温度场不对称导致的附加应力，克服了传统经验方法的不利影响，满足接头焊后热处理技术要求。此外，本发明方法不论接管座和管道的材质和规格是否相同，均可适用。

附图说明

图1为显示了接管座对接接头的示意图；

图2为显示了接管座对接接头及其上布置的主加热装置和辅助加热装置的示意图；

图3为主加热装置的焊后热处理曲线图和辅助加热装置的热处理曲线图。

其中：

01、接管座对接接头；

1、接管座；

2、管道；

3、筒体；

11、对接焊缝；

12、角焊缝；

21、主加热装置；

22、主加热装置控温热电偶；

23、主加热装置在管道上的端部；

31、辅助加热装置；

32、辅助加热装置控温热电偶；

41、主加热装置热处理曲线；

42、辅助加热装置热处理曲线；

H、接管座长度；

T_zh:主加热装置焊后热处理恒温温度；

t_zs:主加热装置焊后热处理升温时间；

t_zh:主加热装置焊后热处理恒温时间；

V_zj:主加热装置焊后热处理降温速度；

T_fh:辅助加热装置热处理恒温温度；

t_fs:辅助加热装置热处理升温时间；

t_fh:辅助加热装置热处理恒温时间；

V_fj:辅助加热装置恒温后降温至300℃时的降温速度。

具体实施方式

如图1和2所示，接管座对接接头01包括接管座1、管道2、筒体3、接管座1和管道2连接的对接焊缝11，接管座1和筒体3连接的角焊缝12。

本发明涉及对对接接头01进行焊后热处理的方法，其是将主加热装置21(加热绳、加热片等)等功率、等宽度对称布置在对接焊缝11的两端，且每端的布置宽度等于接管座1的长度H。在对接焊缝11上布置1支热电偶22，作为主加热装置21的控温热电偶。此外，以角焊缝12为中心，将辅助加热元件31(加热绳、加热片等)布置在筒体3上，设置1支热电偶32于角焊缝12上，作为辅助加热装置31的控温热电偶。

根据主加热装置21的功率、布置宽度H、给定的焊后热处理曲线41，通过计算的方法或者通过实验测量的方法，获得主加热装置21独立加热恒温阶段时端部23处管道2上的温度T_D。

如图3所示，主加热装置21的热处理曲线41按给定的焊后热处理工艺参数设定，辅助加热装置热处理曲线42按如下参数设定：

恒温温度T_fh＝T_D±30℃，其中T_D为主加热装置独立加热恒温阶段端部处管道上的温度；

升温时间t_fS＝(1±10％)t_zs；

恒温时间t_fh＝(1±10％)t_zh；

恒温后降温至300℃时的降温速度V_fj＝(1±10％)V_zj。

最优选地，辅助加热装置31的恒温温度T_fh与T_D相同。

最优选地，辅助加热装置31的升温时间t_fS、恒温时间t_fh、降温速度V_fj与主加热装置21的升温时间t_zs、恒温时间t_zh及降温速度V_zj对应相同。

主加热装置21和辅助加热装置31同时开始加热。

加热时需要对主加热装置21和辅助加热装置31及外侧至少300mm范围内受热区域进行保温，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接管座对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

某联箱的筒体材料为P91钢，接管座材料为T91，接管座规格为OD63.5×18(mm)，接管座高90mm，与接管座相连接的管道材料为T91钢，规格为OD63.5×18(mm)。焊接工艺要求对该接管座对接接头进行焊后热处理，给定的焊后热处理的工艺参数为：恒温温度750℃，恒温时间2h，从室温升温至恒温温度的时间为2.5h，从恒温温度降温至300℃的降温速度为300℃/h。

采用本发明方法对该接管座对接接头进行焊后热处理，具体实施步骤如下：

(1)、布置热电偶：在对接焊缝上布置1支热电偶，作为主加热装置的控温热电偶；在角焊缝上布置1支热电偶，作为辅助加热装置的控温热电偶。

(2)、布置主加热装置：采用绳状加热器，以对接焊缝为中心，两侧等功率、等宽度对称缠绕加热绳，且两侧缠绕宽度均为接管座长度即90mm，每侧缠绕的加热绳功率为0.8kW。

(3)、布置辅助加热装置：采用绳状加热器，以角焊缝为中心，在联箱筒体上缠绕加热绳，布置的功率为10kW。

(4)、实验确定辅助加热装置恒温温度：在1根长6m、规格为OD63.5×18mm的T91管道中间位置，布置1组与主加热装置相同的试验加热装置，并在试验加热装置两端各布置1支测温热电偶，采用给定的主加热装置焊后热处理工艺，测得到达恒温温度时，试验加热装置两端管道上的温度T_D为583℃，将此温度设为辅助加热装置的恒温温度。

(5)、设定主加热装置热处理曲线：按给定的热处理工艺，设定主加热装置热处理曲线。

(6)、设定辅助加热装置热处理曲线：设定辅助加热装置恒温温度为步骤(4)所实验确定的583℃，升温时间、恒温时间、从恒温温度降至300℃时的降温速度分别与主加热装置对应相同，即分别为2.5h，2h，300℃/h。

(7)、受热区域保温：保温范围为加热元件覆盖范围及外侧300mm，且各处保温层厚度相等。

(8)、主加热装置、辅助加热装置同时开始加热。

工程实施时，用测温设备对加热区域的温度测量表明，采取上述焊后热处理方法，对接焊缝处温度即为加热区域最高温度，满足接头焊后热处理技术要求。

实施例2

某汽包筒体上有一接管座进行了焊接修复，修复后要求对接管座对接接头进行焊后热处理。汽包筒体材料为SA299，接管座材料为20MnMo，接管座规格为OD273×28(mm)，接管座长度100mm；管道材料为20G，规格为OD273×22(mm)。给定的焊后热处理工艺参数为：恒温温度600℃，恒温时间1.5h,从室温升温至恒温温度的时间为2h，从恒温温度降温至300℃的时间为1.0h。

采用本发明方法对该接管座对接接头进行焊后热处理，具体实施步骤如下：

(1)、布置热电偶：在对接焊缝上布置1支热电偶，作为主加热装置的控温热电偶；在角焊缝上布置1支热电偶，作为辅助加热装置的控温热电偶。

(2)、布置主加热装置：采用绳状加热器，以对接焊缝为中心，上下等功率、等宽度对称缠绕加热绳，且上下缠绕宽度均为100mm。

(3)、布置辅助加热装置：采用圆弧形片状加热器，以角焊缝为中心，在汽包筒体上布置加热片，作为辅助加热装置；

(4)、确定辅助加热恒温温度：采用有限元计算的方法确定辅助加热装置恒温温度。假设只开启主加热装置、按给定热处理工艺对对接接头加热，根据计算，恒温温度下，在主加热装置端部处管道上的温度T_D为510℃。此温度即为辅助加热装置恒温温度。

(5)、设定主加热装置热处理曲线：按给定的热处理工艺参数，设定主加热装置热处理曲线。

(6)、设定辅助加热装置热处理曲线：设定辅助加热装置恒温温度为510℃，升温时间、恒温时间、从恒温温度降至300℃的降温速度分别与主加热装置对应相同，即分别为2.0h,1.5h,300℃/h。

(7)、消除或减少管道空气流动：在汽包内部，用保温棉堵塞接管座管口，以消除管道内的空气流动。

(8)、受热区域保温：保温范围为加热元件覆盖范围及外侧500mm，在汽包内部相应区域也覆盖保温棉；

(9)、主加热装置、辅助加热装置同时开始加热，进行焊后热处理。

工程实施时，用测温设备对加热区域的温度测量表明，采取上述焊后热处理方法，对接焊缝处温度即为加热区域最高温度，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)

1.一种接管座对接接头局部焊后热处理方法，所述的接管座对接接头包括接管座，管道，筒体，连接所述接管座与所述管道的对接焊缝，以及连接所述接管座与所述筒体的角焊缝，其特征在于，所述热处理方法采用独立设置的主加热装置和辅助加热装置同时对所述接管座对接接头进行加热，其中：

所述主加热装置的设置如下：

加热元件等功率、等宽度对称布置在所述对接焊缝的两端且每端布置的宽度等于接管座的长度；

控温热电偶布置在所述对接焊缝上；

主加热装置的热处理曲线按给定的焊后热处理工艺参数设定；

所述辅助加热装置的设置如下：

加热元件以所述角焊缝为中心布置在所述筒体上；

控温热电偶布置在所述角焊缝上；

辅助加热装置的热处理曲线按如下参数设定：

恒温温度T_fh=T_D±30℃，其中，T_D为所述主加热装置独立加热恒温阶段端部处管道上的温度；

升温时间t_fS=(1±10%)t_zs,其中，t_zs为主加热装置的升温时间；

恒温时间t_fh=(1±10%)t_zh,其中，t_zh为主加热装置的恒温时间；

恒温后降温至300℃时的降温速度V_fj=(1±10%)V_zj，其中，V_zj为主加热装置焊后热处理降温速度；

进行所述焊后热处理时，所述主加热装置和辅助加热装置同时开始加热。

2.根据权利要求1所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述辅助加热装置的恒温温度T_fh=T_D±10℃。

3.根据权利要求2所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述辅助加热装置的恒温温度T_fh=T_D。

4.根据权利要求1或2或3所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述辅助加热装置的升温时间t_fS=t_zs；恒温时间t_fh=t_zh；恒温后降温至300℃时的降温速度V_fj=V_zj。

5.根据权利要求1或2或3所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述的T_D通过实验测量获得或通过计算获得。

6.根据权利要求5所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于，获得T_D的实验过程如下：取与所述管道材质和规格均相同的管道，在其中间位置布置1组与所述主加热装置相同的试验加热装置，并在试验加热装置两端各布置1支测温热电偶，采用主加热装置的给定焊后热处理工艺，测得到达恒温温度时，试验加热装置两端管道上的温度值，该温度值即为所述T_D。

7.根据权利要求1所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于，所述的接管座的长度小于等于其外径的3倍。

8.根据权利要求1所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于，所述的接管座和管道为同种钢或异种钢。

9.根据权利要求1所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述的接管座和管道的规格相同或不同。

10.权利要求1所述的接管座对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）、安装热电偶：在所述对接焊缝上安装1支热电偶，作为主加热装置的控温热电偶；在所述角焊缝上安装1支热电偶，作为辅助加热装置的控温热电偶；

（2）、安装主加热装置：选择柔性加热绳或加热片作为加热元件，以所述对接焊缝为中心，在对接焊缝的两端等功率、等宽度对称布置加热元件，且每端布置的加热元件的宽度等于接管座的长度；

（3）、安装辅助加热装置：选择柔性加热绳或加热片作为加热元件，以角焊缝为中心，在筒体上布置辅助加热元件；

（4）、设定主加热装置热处理曲线；

（5）、通过实验测量或者通过计算获得主加热装置独立加热恒温阶段端部处管道上的温度；

（6）、设定辅助加热装置热处理曲线；

（7）、覆盖保温棉：在主加热装置和辅助加热装置处及其外侧至少300mm范围内覆盖保温棉；

（8）、能够封堵管道端口的条件下封堵管道端口；

（9）、主加热装置和辅助加热装置同时开始加热，按设定的热处理曲线进行热处理。