CN105200224B - 一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法。该方法将控温热电偶设置在加热片上，且放置在加热片温度最高点，利用加热片与钢板之间的温度存在一定的温差这一特征，通过控制加热片温度，来使得钢板温度达到规范所要求的保温温度，且可有效的防止钢板的温度超过要求的上限值；通过对加热片实行分区控制，将每片或每组加热片连接至一个控温通道或控温设备，根据钢板测温点的温度，对每片或每组加热片进行单独调节温度，有效提高均温带温度均匀性。本发明所述方法保证了均温带的温度范围能够达到焊后热处理的要求。
Description
技术领域
本发明属于压力容器热处理领域，涉及大型压力容器局部焊后热处理，具体涉及一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的发展和对能源需求的与日俱增，国家把核能摆在了能源发展战略的显著位置，并形成了国内有巨大潜力的核电装备市场。核压力容器长期处在高温、高压、腐蚀介质和中子辐照的环境下工作，所以对其制造过程中结构质量控制是非常重要的。焊接是制备核压力容器必不可少的工序，由于材料在焊接过程中受到高度集中的瞬时热输入，在焊接后将产生相当大的残余应力和变形，而热处理是消除焊接残余应力和变形的有效方法之一。伴随着生产力的提高，核压力容器正向着大型化发展，这对其焊后的热处理提出了新的挑战。
目前对大厚度核压力容器的现场焊后热处理研究较多，方法主要有局部热处理和整体热处理等。
第三代核电堆型AP1000,CAP1000及CAP1400中的钢制安全壳按照ASME规范第Ⅲ卷NE分卷进行制造，其结构组成主要有：底封头、筒体、顶封头、人员闸门、设备闸门、机械贯穿件、电气贯穿件及其它附件组成。
AP1000、CAP1000钢制安全壳直径为39.624m，高度为65m,其中底封头、顶封头由64张41.3mm厚的钢板拼接而成；筒体共有11圈组成，每一圈筒体由12张钢板拼接而成，其中第1圈钢板厚度为47.6mm，其它各圈钢板厚度为44.5mm。
CAP1400钢制安全壳直径为43m，高度为73.6m，其中底封头、顶封头由91张43mm厚的钢板拼接而成；筒体共用有12圈组成，每一圈筒体由12张钢板拼接而成，其中第1圈钢板厚度为55mm，其它各圈钢板厚度为52mm。
按照规范的要求，接头名义厚度超过44.5mm焊缝，焊接完成后需要进行焊后热处理。因此，AP1000及CAP1000筒体第1圈钢板上纵焊缝、插入板与筒体焊缝需要进行局部焊后热处理，CAP1400筒体板上所有纵、环焊缝及插入板与筒体焊缝均需要进行局部焊后热处理。
根据规范的要求，热处理均温带的宽度为焊缝厚度和50mm取较小值，热处理钢板均温带温度为595℃～675℃，但钢制安全壳用材料SA738GR.B钢板为调质钢板，焊后热处理最高保温温度应至少低于钢板实际回火温度15℃(620℃)，因此在进行焊后热处理时，均温带温度上限必须小于等于620℃，即热处理均温带温度为595～620℃，否则材料的力学性能将无法保证。
局部热处理端部加热片有三个散热面，而其它加热片只有两个散热面，因此钢板达到相同温度时，所需要的热量不同。但现有技术的局部焊后热处理方式，一般采用电阻片加热或辐射加热的方式进行，使用温控设备对钢板进行加热，控温热电偶连接在钢板上，且传统的加热方法将加热片设置成相同的温度，造成所热处理的焊缝区域温差较大，这种方法难以将焊缝中心及焊缝边缘50mm处的热处理保温温度控制在595℃～620℃之间，且温度容易超过620℃，从而影响钢板的力学性能。
发明内容
为解决上述现有技术局部焊后热处理方式所存在的问题，发明人通过长期研究，发现由于加热片与钢板之间通过接触传热或辐射传热，钢板的温度与加热片温度存在一定的温差，容易导致升温过程钢板表面温度超温，而且加热片的控制方式也有待优化，为此，发明人提出了本申请所述技术方案，通过本申请所述工艺，可以有效地解决使用调质钢板制作的大型压力容器局部焊后热处理的均温带温度均匀性问题。
具体的，本发明涉及以下技术方案：
一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法，其特征在于，包括如下操作：
(1)控温热电偶放置在加热片上；
(2)对加热片实行分区控制，将每片或每组加热片连接至一个控温通道或控温设备，根据钢板测温点的温度，对每片或每组加热片进行单独调节温度；
(3)焊后热处理均温带监测，在钢板表面热处理均温带中，布置测温热电偶，测温热电偶连接测温设备，用于监控钢板表面的温度，根据测温热电偶的反馈，调节控温热电偶温度；
(4)加热宽度、保温厚度及保温宽度可通过模拟试验进行确定；
(5)根据控温电偶和测温电偶控制升温，实现热处理焊缝的热处理。
其中(1)，优选的，控温热电偶的位置应设置在加热片温度最高的区域。由于加热片与钢板之间通过接触传热或辐射传热，钢板的温度比加热片温度有一定的温差，因此通过控制加热片的温度，且控温热电偶的位置设置在加热片温度最高的区域，可防止钢板的温度超过要求的上限值。
其中(2)，对于大型容器局部焊后热处理，往往采用多个加热片同时加热进行焊后热处理，将每片或每组加热片连接至一个控温通道或控温设备，由于每片或每组加热片散热面积不同，钢板达到相同温度时，所需要的热量也不同。因此需要在焊缝中心及焊缝根据钢板测温点的温度，对每片或每组加热片进行单独调节温度，从而满足整条焊缝的均匀性。
其中(3)，优选的，测温设备为无纸记录仪，更优选的，在测温设备中预先装有声光报警器，并设定超过一定的温度进行声光报警，可减少热处理操作人员的劳动强度。优选的实施方案中，A738GR.B钢板热处理温度上限为620℃，可将声光报警温度设置为615℃，达到此温度，便可提醒操作者，需要对该控制区域进行降温。
其中(4)，优选的，在产品进行焊后热处理之前，应根据产品的结构形式，进行模拟焊后热处理试验，通过试验确定并选择加热宽度、保温宽度以及保温厚度。
优选的，上述处理方法中调质材料制超大型容器为第三代核电堆型AP1000、CAP1000或CAP1400中的钢制安全壳。
本发明取得了以下有益效果：
(1)有效的避免了调质钢板焊后热处理温度超温的问题:传统的局部焊后热处理方式，控温热电偶设置在钢板上，但加热片与钢板之间通过接触传热或辐射传热，钢板的温度比加热片温度有一定的温差，容易使得钢板表面温度超温，从而影响钢板的力学性能；
(2)有效地实现了使用调质钢板制作的大型压力容器局部焊后热处理的均温带温度均匀性：将每片或每组加热片连接至一个控温通道或控温设备，根据钢板测温点的温度，对每片或每组加热片进行单独调节温度，不仅满足整条焊缝的均匀性，而且减少了有害的纵向的轴向温度梯度，有效提高均温带温度均匀性。
(3)本发明所述方法保证了均温带的温度范围能够达到焊后热处理的要求。
附图说明
图1实施例1所述热处理曲线
具体实施方式
实施例1
热处理试验钢板：调质钢板SA738B，规格为100000*4000*45(mm)1张。
保温材料：硅酸铝保温棉，厚度180mm，规格610*4000(mm)。
履带式加热器：规格600*400(mm)，单片功率10KW。
温控箱：智能温控箱2台，额定功率480KW，12路控温点，控温精度±2℃。
热电偶：简装K型热电偶，长度2米，测温范围0～800℃，精度为I级。
无纸记录仪：3台。
储能焊机：1台。
对纵向4000mm长焊缝进行焊后热处理，操作步骤如下：
(1)将履带式加热片固定在钢丝网上。
(2)在加热片温度最高的位置固定薄钢片，并在薄钢片上点焊控温热电偶。
(3)在钢板的均温带区域利用电阻储能焊焊接测温热电偶。
(4)将滤网及加热片固定在钢板表面，并使用横向扁条对加热片进行压紧。
(5)完成加热片及控温、测温的热电偶的接线工作。
(6)在加热片上方铺设保温棉。
(7)按照规范的要求，设置升温速率，并在控温热电偶到达595℃时进行保温30分钟。
(8)根据钢板的实测温度，进行单独调节每片加热片的控温温度，使钢板实际温度基本一致。
(9)同时将控温热电偶的温度进行升温，使钢板的实际温度进入595℃～620℃之间。
(10)保温阶段，观察测温热电偶温度，对于接近595℃的测温点，升高相应加热片的控温温度，对于接近620℃的测温点，降低相应加热片的控温温度，使保温阶段一致维持在595℃～620℃之间。
(11)按照规范的要求，设置降温速率，完成整个焊后热处理过程。
热处理保温阶段均温带最高点614℃，最低点位596℃，温差18℃。满足规范的要求。热处理曲线如图1所示。
实施例2
热处理试验钢板：调质钢板SA738B，规格为100000*4000*45(mm)1张。
保温材料：硅酸铝保温棉，厚度180mm，规格610*4000(mm)。
履带式加热器：规格600*400(mm)，单片功率10KW。
温控箱：智能温控箱2台，额定功率480KW，12路控温点，控温精度±2℃。
热电偶：简装K型热电偶，长度2米，测温范围0～800℃，精度为I级。
无纸记录仪：3台。
储能焊机：1台。
对纵向4200mm长焊缝进行焊后热处理，操作步骤如下：
(1)将履带式加热片固定在钢丝网上。
(2)在加热片温度最高的位置固定薄钢片，并在薄钢片上点焊控温热电偶。
(3)在钢板的均温带区域利用电阻储能焊焊接测温热电偶。
(4)将滤网及加热片固定在钢板表面，并使用横向扁条对加热片进行压紧。
(5)完成加热片及控温、测温的热电偶的接线工作。
(6)在加热片上方铺设保温棉。
(7)按照规范的要求，设置升温速率，并在控温热电偶到达595℃时进行保温30分钟。
(8)根据钢板的实测温度，进行单独调节每片加热片的控温温度，使钢板实际温度基本一致。
(9)同时将控温热电偶的温度进行升温，使钢板的实际温度进入595℃～620℃之间。
(10)保温阶段，观察测温热电偶温度，对于接近595℃的测温点，升高相应加热片的控温温度，对于接近620℃的测温点，降低相应加热片的控温温度，使保温阶段一致维持在595℃～620℃之间。
(11)按照规范要求，设置降温速率，完成整个焊后热处理过程。
热处理保温阶段均温带最高点612℃，最低点位599℃，温差13℃。满足ASME规范及材料本身性能的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法，所述调质材料制超大型容器为第三代核电堆型AP1000、CAP1000或CAP1400中的钢制安全壳，所述热处理方法的特征在于，包括如下操作：
(1)控温热电偶放置在加热片上，且应放置在加热片温度最高的区域；
(2)对加热片实行分区控制，将每片或每组加热片连接至一个控温通道或控温设备，根据钢板测温点的温度，对每片或每组加热片进行单独调节温度；
(3)焊后热处理均温带监测，在钢板表面热处理均温带中，布置测温热电偶，测温热电偶连接测温设备，用于监控钢板表面的温度，根据测温热电偶的反馈，调节控温热电偶温度，在测温设备中预先装有声光报警器，并设定超过一定的温度进行声光报警，减少热处理操作人员的劳动强度；
(4)加热宽度、保温厚度及保温宽度可通过模拟试验进行确定；
(5)根据控温电偶和测温电偶控制升温，实现热处理焊缝的热处理，
其中，热处理过程为：按照规范的要求，设置升温速率，并在控温热电偶到达预定温度时进行保温；根据钢板的实测温度，进行单独调节每片加热片的控温温度，使钢板实际温度基本一致；同时将控温热电偶的温度进行升温，使钢板的实际温度进入热处理温度区间；保温阶段，观察测温热电偶温度，对于接近热处理温度下限的测温点，升高相应加热片的控温温度，对于接近热处理温度上限的测温点，降低相应加热片的控温温度，使保温阶段一致维持在热处理温度区间内；按照规范的要求，设置降温速率，完成整个焊后热处理过程。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，测温设备为无纸记录仪。
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