CN105463176A - 壳法兰焊后热处理工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种壳法兰焊后热处理工艺方法，采用台车式热处理炉对壳法兰进行焊后热处理，工件室温入炉，以20℃/h的升温速率升至250℃后转以41℃/h的升温速率升至590℃，后以10℃/h的降温速率降至保温温度580℃+10h，降温速率设定为41℃/h至400℃以下后以55℃/h的降温速率降至200℃出炉空冷；循环风机采用1350r/min。本发明达到了壳法兰焊接后释放残余应力的目的，满足了壳法兰的设计使用要求，摆脱了因原有热处理工艺方法不合理而导致应力集中的弊病，降低了设备使用风险。
Description
技术领域：本发明涉及一种壳法兰焊后热处理的工艺方法。
背景技术：屏蔽电机是核电站核岛极其关键的设备，屏蔽电机主泵制造成功与否直接关系到一回路主设备的国产化率及第三代AP1000非能动先进压水堆核电站技术引进的成败。主泵电机的完整性对一回路的安全运行有着重要的影响，其中机座壳法兰堆焊后的热处理成为主泵电机制造环节中的一道技术难题。壳法兰材料为美国机械工程师协会第Ⅱ卷SA508M1级材料(ASMESA508MGrade1)，壁厚117mm，重量19t。
参考美国机械工程师协会标准第Ⅲ卷NB分卷(ASMENB分卷)要求，对此类材料的常规焊后热处理温度为595℃～675℃，保温时间2h/2in，每增加1in保温时间增加15min，升降温速率可不必低于56℃/h。如按以上常规工艺对其进行焊后热处理，因壳法兰尺寸较大、保温时间较短，无法达到释放焊接残余应力的效果，同时还会因壳法兰升降温速率的控制不均而产生新的应力。根据以上情况，必须制定合理的焊后热处理工艺，方能满足壳法兰产品件的使用要求。
发明内容：本发明的目的是提供一种壳法兰的焊后热处理工艺方法，避免由于壳法兰的焊后热处理工艺不当导致的焊接应力释放不彻底，保证整个产品件有良好的性能和质量。
本发明的技术方案为：
一种壳法兰焊后热处理工艺方法：
(1)采用十二区控温台车式电阻炉对壳法兰进行焊后热处理；
(2)热处理过程：工件竖直置于炉内，法兰端向下；工件布置四支外置热电偶，其中两支热电偶置于壳法兰距焊缝1英寸范围内，另外两支热电偶置于堆焊层表面，壳法兰焊缝与堆焊层两个位置热电偶应相距180°，以监测工件热处理过程温度；
(3)热处理工艺：工件入炉时，炉温不得超过149℃，加热速率：41.5±13.5℃/h，焊后热处理温度范围：579.5±13.5℃，保温时间≥10h，冷却速率:41.5±13.5℃/h，当工件温度≤315℃时，出炉空冷；315℃以上控制工件的升、降温速率；
(4)热处理方法：采用台车式热处理炉对壳法兰进行焊后热处理，工件室温入炉，以20℃/h的升温速率升至250℃后转以41℃/h的升温速率升至590℃，后以10℃/h的降温速率降至保温温度580℃+10h，降温速率设定为41℃/h至400℃以下后以55℃/h的降温速率降至200℃出炉空冷；循环风机采用1350r/min。
本发明通过改变常规的热处理方法及工艺参数，达到了壳法兰焊接后释放残余应力的目的，满足了壳法兰的设计使用要求，摆脱了因原有热处理工艺方法不合理而导致应力集中的弊病，降低了设备使用风险。按照美国机械工程师协会标准NB分卷(ASMENB分卷)规定的工艺要求，壳法兰材料的焊后热处理温度为595℃～675℃，保温时间为3.5h，工件的升降温速率不必低于56℃/h。在按以上常规工艺方法进行焊后热处理后发现，壳法兰的焊接残余应力并未能明显消除，在此情况下，为满足产品的使用性能，必须摸索新的热处理工艺。
鉴于以上技术方案，并通过制作1：1全尺寸模拟件，经过反复试验，进而摸索确定出新的热处理工艺，即保温温度设定为579.5±13.5℃，保温时间≥10h，升降温速率为41.5±13.5℃/h。采用此种工艺方法既摆脱了因工件升降温速率过高而产生新的残余应力的危险，又避免了工件因升降温速率过低而影响产品的使用性能等缺陷。该工艺方法，是在美国机械工程师协会标准第Ⅲ卷NB分卷(ASMENB分卷)规定的工艺方法的基础上，根据壳法兰的具体尺寸及使用情况进行工艺细化，进而总结出一套完整的热处理工艺方法以指导生产。该热处理工艺已在同材质、同尺寸的模拟件上获得验证，并已在多台产品中得到应用，使用性能良好，达到产品预期效果。
附图说明：
图1为壳法兰产品件结构简图
图2为本发明的热处理工艺
图3为壳法兰焊后热处理实际操作温度设定曲线
具体实施方式：
(1)图1所示为壳法兰产品件结构简图。在对其进行热处理之前，必须保证设备有效加热区满足产品件的尺寸要求，并配备风机循环及冷却系统；
(2)热处理顺序：先将壳法兰竖直放于热处理炉的有效加热区内，并用特制垫块垫平，以防止热处理过程中的工件变形。同时，在法兰端距焊缝1英寸范围及壳体铺焊位置各放置2支外置热电偶，并互呈180°，以监测工件温度；
(3)热处理工艺：如图2所示，工件入炉时，炉温不得超过149℃，加热速率：41.5±13.5℃/h，焊后热处理温度：579.5±13.5，保温时间≥10h，冷却速率:41.5±13.5℃/h，当工件温度≤315℃时，出炉空冷；315℃以上控制工件的升、降温速率；
(4)热处理方法：如图3所示，采用台车式电阻炉对壳法兰进行整体加热。电阻炉采用十二区控温，内设循环风机，并在炉膛四壁安装不锈钢导流板，以保证炉膛温度均匀性要求。同时，热处理炉需配备自动降温系统，以满足壳法兰降温速率的要去。壳法兰室温入炉，以20℃/h的升温速率升至250℃后转以41℃/h的升温速率升至590℃，后以10℃/h的降温速率降至保温温度580℃+10h，降温速率设定为41℃/h至400℃以下后以55℃/h的降温速率降至200℃出炉空冷。循环风机风速采用1350r/min。
因壳法兰焊接量较大，故在焊接完成后需进行焊后热处理，以消除焊接应力。在此基础上需制定相应的热处理工艺以指导产品生产。根据工件的产品尺寸并结合美国机械工程师协会标准中对该材料焊后热处理的相关规定，工艺先后采用以下两种方法对其进行焊后热处理并进行相关性能检测，试验结果显示，采用以下热处理方法的性能结果未能满足产品的设计使用要求，故需更改热处理工艺，相关信息如下：
实施例1：采用相对较低的热处理温度，并适当延长保温时间，同时调整工件的升降温速率，即保温温度采用580℃，保温时间10h，升降温速率采用为60℃/h，采用此种工艺进行的热处理，经试验结果显示，壳法兰的焊接残余应力虽有部分消除，但仍不够完全，且因加热及冷却速率过快，亦带来新的残余应力。
实施例2：在温度及时间不变的情况下，调整工件的升降温速率，将原有升降温速率进行调整，即保温温度580℃，保温时间10h，升降温速率为25℃/h，采用该种热处理工艺，经试验结果显示焊接残余应力已全部消除，但存在组织粗大、冲击功下降等缺陷。
Claims (1)
1.一种壳法兰焊后热处理工艺方法，其特征是：
(1)采用十二区控温台车式电阻炉对壳法兰进行焊后热处理；
(2)热处理过程：工件竖直置于炉内，法兰端向下；工件布置四支外置热电偶，其中两支热电偶位于壳法兰距焊缝1英寸范围内，另外两支热电偶位于堆焊层表面，壳法兰焊缝与堆焊层两个位置热电偶应相距180°，以监测工件热处理过程温度；
(3)热处理工艺：工件入炉时，炉温不得超过149℃，加热速率：41.5±13.5℃/h，焊后热处理温度范围：579.5±13.5℃，保温时间≥10h，冷却速率:41.5±13.5℃/h，当工件温度≤315℃时，出炉空冷；315℃以上控制工件的升、降温速率；
(4)热处理方法：采用台车式热处理炉对壳法兰进行焊后热处理，工件室温入炉，以20℃/h的升温速率升至250℃后转以41℃/h的升温速率升至590℃，后以10℃/h的降温速率降至保温温度580℃+10h，降温速率设定为41℃/h至400℃以下后以55℃/h的降温速率降至200℃出炉空冷；循环风机采用1350r/min。
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