CN104561509A - 一种用于辅助钢管焊口热处理的方法 - Google Patents

一种用于辅助钢管焊口热处理的方法 Download PDF

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张健
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Abstract

本发明属于金属焊接的技术领域。为了解决在冬季焊接A335GR.P91大口径、厚壁的钢管，焊缝热处理后硬度检测无法达到ASME的规范要求的问题，本发明提出一种用于辅助钢管焊口热处理的方法，包括(1)在焊缝处包裹加热器，在加热器外面包裹保温材料；(2)对于管段长的焊口：在钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置包裹加热器，并使用保温材料将钢管全部包裹；(3)对于短管加弯头的焊口：使用保温材料将钢管全部包裹；(4)在热处理的过程中，对于管段长的焊口，距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置的加热器将该加热器包裹的钢管的温度控制为200—300℃。使用本发明的方法使焊缝处的硬度值符合ASME的规范要求。

Description

一种用于辅助钢管焊口热处理的方法
技术领域
本发明属于金属焊接的技术领域，具体涉及一种用于辅助钢管焊口热处理的方法。
背景技术
国产A335.P91钢管相当于国内9Cr-1Mo马氏体耐热钢，为大口径、厚壁(508×32.54mm)的钢管，主要应用于火电及化工行业，用作高压蒸汽管道或再热热段管道等。A335.P91钢管用作化工行业的高压蒸汽管道时，要求该钢管焊接完成经热处理后硬度符合ASME(美国机械工程师学会，American Society ofMechanical Engineers)规范要求，布氏硬度(以下简称硬度)值小于等于241HB。焊接完成后的热处理，主要是为了消除焊接部位较大的应力，改善焊缝金属及其热影响区的组织，使淬火马氏体转变成回火马氏体，降低接头各区的硬度，提高韧性，变形能力和高温持久强度。目前钢管的热处理过程是在焊缝处包裹加热器，在加热器外面包裹保温棉，热处理温度为760±10℃，恒温时间为5小时。在北方的冬季对A335.P91钢管进行焊口热处理时，由于冬季气温低，温度会低到零下20℃，还经常有较强的风，对A335.P91钢管的热处理产生影响，导致A335.P91钢管热处理完成后，焊缝的硬度值为300HB左右，无法达到ASME的规范要求；焊缝处硬度值较高，脆性增加，残余应力增大，容易产生裂纹。在温度很低的冬季对大口径、厚壁的钢管进行热处理时，经常会碰到上述的问题，焊缝的硬度值偏高，无法达到ASME的规范要求，无法保证焊口的质量。
发明内容
为了解决在冬季焊接大口径、厚壁的钢管，焊缝热处理后硬度无法达到ASME的规范要求的问题，本发明提出一种用于辅助钢管焊口热处理的方法，以使钢管焊缝热处理后硬度达到ASME的规范要求，提高母材焊接的质量。
本发明用于辅助钢管焊口热处理的方法包括以下步骤：
(1)在焊缝处包裹加热器；
(2)对于管段长的焊口：在钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置包裹加热器，并使用保温材料将钢管全部包裹；
(3)对于短管加弯头的焊口：使用保温材料将钢管全部包裹；
(4)开始对钢管进行热处理，热处理过程中将焊缝处的温度控制为760±10℃，热处理的时间为5小时；在热处理的过程中，对于管段长的焊口，与焊缝处包裹的加热器距离为550—700毫米的位置的加热器将该加热器包裹的钢管的温度控制为200—300℃，直到热处理结束。
其中，所述步骤(2)和步骤(3)中，所述包裹钢管的保温材料的厚度为200-250毫米。
其中，所述步骤(4)还包括使用红外线测温仪对焊缝处的保温材料进行测温，如果最外层的保温材料的温度高于40℃，则再包裹一层保温材料。
其中，所述方法还包括步骤(5)，热处理结束后，当保温材料的温度降低至20℃以下时，拆除保温材料。
其中，所述加热器为电加热片。
其中，所述保温材料为硅酸铝保温棉。
发明人在实验中发现，大口径、厚壁的钢管在热处理过程中，不仅焊缝处温度较高，钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置的温度也较高，温度高达109℃，说明焊缝处与距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置之间传递的热量很大，钢管的散热很快，而现有的方法中对于钢管上距离焊缝550—700毫米的位置无任何防护措施，再加上冬季施工，气温会低到零下20℃，还有较强的风，这些外界因素通过影响钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置的温度进而影响焊缝处的温度，最终影响热处理后焊缝处的硬度值。本发明的方法在钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置也包裹加热器，以对钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置进行温度补偿，并将钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置的温度控制为200-300℃，与现有的方法相比，减少了焊缝处与钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置之间热量的传递，也大大减少了气温等因素通过钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置对焊缝处的温度产生的影响，减缓了钢管的散热速度，保证了热处理过程中钢管的温度，提高了热处理的质量，使用本发明的方法对钢管进行热处理，焊缝处的硬度值小于等于241HB，符合ASME的规范要求。本发明的方法还使用保温材料对钢管进行全部包裹，这样进一步减少了气温等因素对焊缝处温度的影响。
附图说明
图1为使用本发明的方法对管段长的钢管进行焊口热处理的示意图；
图2为使用本发明的方法对短管加弯头的焊口热处理的示意图。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明的方法。
实施例一：
(1)在钢管的焊缝处包裹电加热片，在电加热片外面包裹保温棉；
(2)如图1所示，图1中箭头所指方向为左，对于管段长的焊口：在钢管10上与焊缝12处包裹的电加热片11的距离为550毫米的位置包裹左电加热片13和右电加热片14，左电加热片13的右边缘到电加热片11的左边缘的距离L为550毫米；右电加热片14的左边缘到电加热片11的右边缘的距离L为550毫米；并使用硅酸铝保温棉将钢管10全部包裹，硅酸铝保温棉的厚度为200毫米；其中，左电加热片13和右电加热片14与钢管10的直径大小配合，以能够将钢管10的一圈焊缝都包裹住；
(3)如图2所示，对于短管15加弯头16的焊口：在弯头16上包裹加热绳17，使用硅酸铝保温棉将钢管全部包裹，也就是将短管15和弯头16全部包裹，硅酸铝保温棉的厚度为200毫米；
(4)开始对钢管进行热处理，热处理过程中焊缝处的温度控制为760℃，热处理的时间为5小时；在热处理的过程中，对于管段长的焊口，使用左电加热片13将该电加热片包裹的钢管10的温度控制为200℃，使用右电加热片14将该电加热片包裹的钢管10的温度控制为200℃，直到热处理结束；这样对钢管10上与焊缝12处包裹的电加热片11的距离为550毫米的位置进行温度补偿，减少了气温、大风等环境因素通过与电加热片11的距离为550毫米的位置对焊缝12的温度产生的影响，减缓钢管10的散热速度；
在热处理过程中，使用红外线测温仪对焊缝12处的硅酸铝保温棉进行测温，如果最外层的硅酸铝保温棉的温度高于40℃，则再包裹一层硅酸铝保温棉；
(5)热处理结束后，焊缝处温度降至300℃后，使钢管10自然冷却，当硅酸铝保温棉的温度降低至20℃以下时，拆除硅酸铝保温棉。
实施例二：
(1)在钢管的焊缝处包裹电加热片，在电加热片外面包裹保温棉；
(2)如图1所示，图1中箭头所指方向为左，对于管段长的焊口：在钢管10上与焊缝12处包裹的电加热片11的距离为600毫米的位置包裹左电加热片13和右电加热片14，左电加热片13的右边缘到电加热片11的左边缘的距离L为600毫米；右电加热片14的左边缘到电加热片11的右边缘的距离L为600毫米；并使用硅酸铝保温棉将钢管10全部包裹，硅酸铝保温棉的厚度为220毫米；其中，左电加热片13和右电加热片14与钢管10的直径大小配合，以能够将钢管10的一圈焊缝都包裹住；
(3)如图2所示，对于短管15加弯头16的焊口：在弯头16上包裹加热绳17，使用硅酸铝保温棉将钢管全部包裹，也就是将短管15和弯头16全部包裹，硅酸铝保温棉的厚度为220毫米；
(4)开始对钢管进行热处理，热处理过程中焊缝处的温度控制为765℃，热处理的时间为5小时；在热处理的过程中，对于管段长的焊口，使用左电加热片13将该电加热片包裹的钢管10的温度控制为250℃，使用右电加热片14将该电加热片包裹的钢管10的温度控制为250℃，直到热处理结束；以减缓钢管10的散热速度；
在热处理过程中，使用红外线测温仪对焊缝12处的硅酸铝保温棉进行测温，如果最外层的硅酸铝保温棉的温度高于40℃，则再包裹一层硅酸铝保温棉；
(5)热处理结束后，焊缝处温度降至300℃后，使钢管10自然冷却，当硅酸铝保温棉的温度降低至20℃以下时，拆除硅酸铝保温棉。
实施例三：
(1)在钢管的焊缝处包裹电加热片，在电加热片外面包裹保温棉；
(2)如图1所示，图1中箭头所指方向为左，对于管段长的焊口：在钢管10上与焊缝12处包裹的电加热片11的距离为750毫米的位置包裹左电加热片13和右电加热片14，左电加热片13的右边缘到电加热片11的左边缘的距离L为750毫米；右电加热片14的左边缘到电加热片11的右边缘的距离L为750毫米；并使用硅酸铝保温棉将钢管10全部包裹，硅酸铝保温棉的厚度为250毫米；其中，左电加热片13和右电加热片14与钢管10的直径大小配合，以能够将钢管10的一圈焊缝都包裹住；
(3)如图2所示，对于短管15加弯头16的焊口：在弯头16上包裹加热绳17，使用硅酸铝保温棉将钢管全部包裹，也就是将短管15和弯头16全部包裹，硅酸铝保温棉的厚度为250毫米；
(4)开始对钢管进行热处理，热处理过程中焊缝处的温度控制为770℃，热处理的时间为5小时；在热处理的过程中，对于管段长的焊口，使用左电加热片13将该电加热片包裹的钢管10的温度控制为300℃，使用右电加热片14将该电加热片包裹的钢管10的温度控制为300℃，直到热处理结束；以减缓钢管10的散热速度；
在热处理过程中，使用红外线测温仪对焊缝12处的硅酸铝保温棉进行测温，如果最外层的硅酸铝保温棉的温度高于40℃，则再包裹一层硅酸铝保温棉；
(5)热处理结束后，焊缝处温度降至300℃后，使钢管10自然冷却，当硅酸铝保温棉的温度降低至20℃以下时，拆除硅酸铝保温棉。
使用本发明的方法，减少了焊缝处与钢管上距离焊缝处包裹的电加热片550—700毫米的位置之间热量的传递，也大大减少了气温等因素对焊缝处的温度产生的影响，减缓了钢管的散热速度，保证了热处理过程中钢管的温度，提高了热处理的质量，使用本发明的方法对钢管进行热处理，焊缝处的硬度值小于等于241HB，符合ASME的规范要求。本发明的方法还使用保温材料对钢管进行全部包裹，这样进一步减少了气温等因素对焊缝处温度的影响。
对比例一
(1)在焊缝处包裹电加热片，在电加热片外面包裹保温棉；
(2)开始对钢管进行热处理，热处理过程中焊缝处的温度控制为765℃，热处理的时间为5小时。
下面的表1是使用对比例一的热处理方法和使用实施例一、实施例二和实施例三的方法热处理完成后，焊缝处硬度值的数据对比。
表1
由表1得出，使用对比例一的方法对钢管进行热处理，热处理完成后在焊缝处选取5个点，该5个点的硬度值分别为299HB，311HB，317HB，291HB，294HB，5个点的硬度值均大于241HB，无法达到ASME的规范要求；使用实施例二的方法，热处理完成后在焊缝处选取5个点，该5个点的硬度值分别为200HB，215HB，218HB，222HB，217HB，5个点的硬度值均小于241HB，符合ASME的规范要求；使用实施例一和实施例三的方法，热处理完成后焊缝处的硬度值也均小于241HB，符合ASME的规范要求。

Claims (6)

1.一种用于辅助钢管焊口热处理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在焊缝处包裹加热器，在加热器外面包裹保温材料；
(2)对于管段长的焊口：在钢管上距离焊缝处包裹的加热器550—700毫米的位置包裹加热器，并使用保温材料将钢管全部包裹；
(3)对于短管加弯头的焊口：使用保温材料将钢管全部包裹；
(4)开始对钢管进行热处理，热处理过程中将焊缝处的温度控制为760±10℃，热处理的时间为5小时；在热处理的过程中，对于管段长的焊口，与焊缝处包裹的加热器距离为550—700毫米的位置的加热器将该加热器包裹的钢管的温度控制为200—300℃，直到热处理结束。
2.根据权利要求1所述的用于辅助钢管焊口热处理的方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中，所述包裹钢管的保温材料的厚度为200-250毫米。
3.根据权利要求1或2所述的用于辅助钢管焊口热处理的方法，其特征在于，所述步骤(4)还包括使用红外线测温仪对焊缝处的保温材料进行测温，如果最外层的保温材料的温度高于40℃，则再包裹一层保温材料。
4.根据权利要求1或2所述的用于辅助钢管焊口热处理的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(5)，热处理结束后，当保温材料的温度降低至20℃以下时，拆除保温材料。
5.根据权利要求1或2所述的用于辅助钢管焊口热处理的方法，其特征在于，所述加热器为电加热片。
6.根据权利要求1或2所述的用于辅助钢管焊口热处理的方法，其特征在于，所述保温材料为硅酸铝保温棉。
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