CN104148841A - 三通主管对接接头局部焊后热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三通主管对接接头局部焊后热处理方法，其采用主加热装置和辅助加热装置同时加热，主加热装置的加热元件等功率、等宽度对称布置在焊缝的两端，控温热电偶布置在焊缝的与支管所在侧相对的一侧位置上，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紧靠主加热装置主管端布置，控温热电偶布置在主加热装置端部处主管上与三通肩部顶点相对的位置，热处理时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±10℃，升温时间、恒温时间及降温速度分别为主加热装置相应参数的90%~110%。本发明方法有效避免了加热区域最高温度点偏离焊缝，减小了焊缝的周向温差，满足接头焊后热处理技术要求。

Description

三通主管对接接头局部焊后热处理方法

技术领域

本发明涉及一种三通主管对接接头局部焊后热处理方法，其特别适用于支管已与外部管道连接的三通主管对接接头的局部焊后热处理。

背景技术

焊后热处理是为消除对接接头残余应力、改善对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。

三通是管系的重要连接部件，在服役现场与外部管道焊接后需要进行焊后热处理时，通常只能进行局部焊后热处理。该对接接头一端连接外部管道，另一端连接三通，因此焊缝两端的散热条件存在显著差异，加热时若以焊缝为中心等功率布置加热装置，则加热区域的最高温度会偏离加热装置的中心，即偏离焊缝。偏移量与偏移的最高温度受三通材料种类、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；同时三通的肩部和腹部传热也存在差异，导致焊缝除了存在沿主管的纵向温差外，还存在沿焊缝的周向温差。传统上这种接头热处理时，在支管端布置较多的功率，以补偿该端热量损失，多布置的功率大小根据经验决定。这种凭借经验的方法常常使最高温度点并不能正好位于焊缝上。最高温度的偏移和周向温差的存在，恶化了接头焊后热处理的温度场，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；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，提供一种改进的三通主管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：

一种三通主管对接接头局部焊后热处理方法，三通主管对接接头包括由主管和支管构成的三通，管道，连接主管与管道的焊缝，焊后热处理方法采用主加热装置和辅助加热装置同时对三通主管对接接头进行加热，其中：

主加热装置的设置如下：

加热元件等功率、等宽度对称布置在焊缝的两端；

控温热电偶布置在焊缝的与支管所在侧相对的一侧位置上；

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：

加热元件紧靠主加热装置主管端布置；

控温热电偶布置在主加热装置端部处主管上与三通肩部顶点相对的位置；

热处理曲线按如下参数设定：

恒温温度T_fh＝T_D±10℃，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为主加热装置的降温速度；

主加热装置和辅助加热装置同时开始加热。

优选地，辅助加热装置的恒温温度T_fh＝T_D±5℃，最优选地，辅助加热装置的恒温温度T_fh＝T_D。

根据本发明，T_D可以通过实验测量、计算或二者相结合的方法获得。

优选地，所述辅助加热装置的升温时间、恒温时间、恒温后降温至300℃时的降温速度分别与所述主加热装置的升温时间、恒温时间、降温速度对应相同。

优选地，所述的三通的支管已与外部管道焊接。

根据本发明，所述的三通和管道的材料相同或不同，即三通和管道可以为同种钢或异种钢。主管和管道的规格可以相同或不同。

根据本发明的一个具体方面：所述方法包括如下步骤：

(1)、安装热电偶：在焊缝的与所述支管所在侧相对的一侧位置上安装1支热电偶，作为主加热装置的控温热电偶；在与三通肩部顶点相对的主加热装置端部处主管上安装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，以焊缝为中心，焊缝两端等功率、等宽度对称布置主加热装置，布置宽度根据焊后热处理工艺要求确定；

(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，紧靠主加热装置主管端布置加热元件，加热元件全部布置在主管上或在其空间有限时，部分布置在支管上；

(4)、设定主加热装置热处理曲线；

(5)、设定辅助加热装置热处理曲线；

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

(7)、可能的条件下关闭管道上的阀门、封堵管道端口；

(8)、主加热装置和辅助加热装置同时开始加热。

根据本发明，三通肩部顶点是支管与主管连接处上的点，三通肩部顶点有2个，该2个三通肩部顶点所在的直线与主管的轴线平行。本发明工艺主要在工程上应用。应理解，此处所谓的“点”不能局限理解为数学意义上的“点”，而是包括了以“点”为中心的一定范围内的位置。

此外，本发明中，两个位置相对是指这两个位置基本在一条垂直线或水平线上。

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：

对于三通主管对接接头来说，因焊缝一端与管道连接，另一端与散热量大的三通连接，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，传统的在焊缝两端等功率布置加热装置的热处理方法导致热处理质量不良的原因在于：由于焊缝两端传热条件不同，等功率布置加热装置时，最高温度并不在加热装置的中心，而是向传热量小的管道端偏移，偏移量受三通结构、材料、环境因素、热处理工艺的影响，最高温度点位置难以简单而准确确定；此外，由于受支管的影响，焊缝除了存在沿主管的纵向温差外，还存在周向温差。最高温度的偏移和周向温差的存在，恶化了加热区域温度场特性，加大了热处理后接头残余应力，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，通过主加热装置对焊缝加热，通过辅助加热装置对传热量大的三通支管一端进行定量温度补偿，辅助加热装置的定量补偿温度取自于主加热装置独立加热时端部处管道上的温度。这种加热装置的布置和温度的控制方式，使得焊缝两端温度完全对称分布，且不受三通结构、材料、焊后热处理工艺等的影响，简单而又有效避免了加热区域最高温度点偏离焊缝和周向温差的存在，避免了焊接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。

附图说明

图1为三通主管对接接头的示意图；

图2为显示了主管底部和三通肩部顶点位置，主加热装置及其控温热电偶的示意图；

图3为显示了主加热装置、辅助加热装置的示意图；

图4显示了主加热装置的焊后热处理曲线和辅助加热装置焊后热处理曲线；

其中：

01、三通主管对接接头；

1、主管；

2、支管；

3、管道；

11、焊缝；

12、三通肩部顶点；

13、主管底部；

14、与主管底部连接的焊缝位置；

15、与三通肩部顶点相对的主加热装置端部处管道上的位置；

16、与三通肩部顶点相对的主加热装置端部处主管上的位置；

20、主加热装置的控温热电偶；

21、主加热装置；

31、辅助加热装置；

32、辅助加热装置的控温热电偶；

41、主加热装置热处理曲线；

42、辅助加热装置控温曲线；

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至4所示，三通主管对接接头01包括由主管1和支管2构成的三通、管道3、连接主管1和管道3的焊缝11。当对三通主管对接接头01进行焊后热处理时，将主加热装置21(加热绳、加热片等)等功率、等宽度对称布置在焊缝11的左右两端，每端的布置宽度根据焊后热处理工艺的要求确定。在焊缝11的与支管2所在侧相对的一侧(即图中焊缝11与主管底部13连接的位置14)布置1支热电偶，作为主加热装置21的控温热电偶20。在与三通肩部顶点12相对的主加热装置21端部处主管上16的位置布置1支热电偶，作为辅助加热装置的控温热电偶32。紧靠主加热装置21的主管端布置辅助加热装置31。

根据主加热装置21的功率、布置宽度、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或者二者相结合的方法，获得主加热装置21独立加热时恒温阶段与三通肩部顶点12相对的主加热装置端部处管道上的位置15处的温度T_D。

主加热装置21的热处理曲线41按给定的焊后热处理工艺设定，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±10℃

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

主加热装置21和辅助加热装置31同时开始加热进行热处理。

加热时需要对主加热装置21和辅助加热装置31及其外侧至少300mm范围内受热区域进行保温，同时采用工程措施，如堵塞管道端口、关闭管道阀门等，消除或减少三通内部空气流动。

下面结合具体实施例对本发明的三通主管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。

某电站再热器出口联箱上有一等径T型三通，材料为SA355-P92，主、支管规格为OD762×59.0(mm)，主管对接接头至支管中心距离为500mm，与主管相连的管道材料为P92，规格为OD762×38.0(mm)。主管对接接头返修后，焊接工艺要求对主管对接接头进行焊后热处理,焊后热处理的加热宽度为焊缝每侧不小于主管壁厚的2倍，热处理工艺为恒温温度750℃，恒温时间6h，从室温升温至恒温温度的时间为15h，从恒温温度降温至300℃的降温速度为50℃/h。

采用本发明方法对该三通主管对接接头进行局部焊后热处理，具体实施步骤如下：

(1)、布置热电偶：在焊缝的与支管所在侧相对的一侧布置1支热电偶，作为主加热装置控温热电偶；在与三通肩部顶点相对的主加热装置端部处主管上安装1支热电偶，作为辅助加热装置控温热电偶。

(2)布置主加热装置：采用片状加热器，以焊缝为中心，焊缝两侧等功率、等宽度对称布置加热片，且两侧布置宽度均为120mm。

(3)布置辅助加热装置：采用绳状加热器，在紧靠主加热装置的主管端缠绕加热绳，缠绕宽度为100mm。

(4)计算与实验相结合确定辅助加热装置恒温温度：根据理论计算，主加热装置独立加热时，恒温阶段其端部处管道上的温度为625℃。相同的三通，采用相同的主加热装置，安装阶段焊接热处理时，记录的主加热装置端部温度为620-640℃，取625℃为辅助加热装置恒温温度。

(5)按给定的焊后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625℃，升温时间、恒温时间、从恒温温度降至300℃时的降温速度与主加热装置相同，即分别为15h,6h,50℃/h。

(7)、受热区域保温：保温范围为加热元件覆盖范围及外侧500mm、三通全部及与支管连接的管道1000mm范围。

(8)、主加热装置、辅助加热装置同时开始加热。

工程实施时，用测温仪器对加热区域的温度测量表明，采取上述焊后热处理方法，焊缝处温度即为加热区域最高温度，且周向温度很小，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 (8)

1.一种三通主管对接接头局部焊后热处理方法，所述的三通主管对接接头包括由主管和支管构成的三通，管道，连接所述主管与管道的焊缝，其特征在于：所述焊后热处理方法采用主加热装置和辅助加热装置同时对所述三通主管对接接头进行加热，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焊缝的两端；

控温热电偶布置在所述焊缝的与所述支管所在侧相对的一侧位置上；

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：

加热元件紧靠主加热装置主管端布置；

控温热电偶布置在主加热装置端部处主管上与所述三通肩部顶点相对的位置；

热处理曲线按如下参数设定：

恒温温度T_fh＝T_D±10℃，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为主加热装置的降温速度；

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所述的三通主管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。

3.根据权利要求1或2所述的三通主管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、计算或二者相结合的方法获得。

4.根据权利要求1所述的三通主管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、恒温时间、恒温后降温至300℃时的降温速度分别与所述主加热装置的升温时间、恒温时间、降温速度对应相同。

5.根据权利要求1所述的三通主管对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述的三通的支管已与外部管道焊接。

6.根据权利要求1所述的三通主管对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述的三通和管道的材料相同或不同。

7.根据权利要求1所述的三通主管对接接头局部焊后热处理方法，其特征在于：所述的主管和所述的管道的规格相同或不同。

8.根据权利要求1所述的三通主管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：在焊缝的与所述支管所在侧相对的一侧位置上安装1支热电偶，作为主加热装置的控温热电偶；在与三通肩部顶点相对的主加热装置端部处主管上安装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，以焊缝为中心，焊缝两端等功率、等宽度对称布置主加热装置，布置宽度根据焊后热处理工艺要求确定；

(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，紧靠主加热装置主管端布置加热元件，加热元件全部布置在主管上或在其空间有限时，部分布置在支管上；

(4)、设定主加热装置热处理曲线；

(5)、设定辅助加热装置热处理曲线；

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

(7)、可能的条件下关闭管道上的阀门、封堵管道端口；

(8)、主加热装置和辅助加热装置同时开始加热。