CN105925788B - 大口径合金钢管焊接热处理工艺 - Google Patents

大口径合金钢管焊接热处理工艺 Download PDF

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Abstract

大口径合金钢管焊接热处理工艺，包括焊前预热和焊后热处理，工艺步骤如下：焊前预热：将需要焊接的合金钢管坡口对接，留出预设的根部间隙，在靠近坡口边缘的两侧管壁上分别贴附远红外陶瓷加热器；将监控热电偶固定于坡口边缘处；根据预设温度对合金钢管进行预热；焊后热处理：焊接后，在焊缝中心位置固定控温热电偶；在焊接后的合金钢管壁上铺设保温棉形成保温层，保温层将远红外陶瓷加热器完全包覆；在保温层上缠绕感应线圈，感应线圈在焊缝中心线左右两侧的宽度相等；感应线圈的两端通过中频电缆与中频电源连接；启动中频电源，进行焊后加热，升降温速度S不应大于150℃/h，恒温温度为750℃‑770℃，恒温时间T不小于4 h。

Description

大口径合金钢管焊接热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种大口径合金钢管焊接热处理工艺，用于大口径壁厚的合金钢管材的焊接热处理。
背景技术
目前，火电机组向大容量高参数发展，安装工程的管材材质要求越来越高，大多使用合金钢材质，壁厚越来越大，需要进行焊接热处理的焊口也越来越多。
合金钢的焊接及厚部件的焊接，必须要进行焊前预热和焊后热处理。焊前预热是为了降低焊缝的冷却速度，防止接头生成淬硬组织，产生冷裂纹。在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏。焊后热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。
常用的焊接热处理主采用为远红外加热方法。采用远红外加热方法主要存在以下几个问题：
1、由于远红外加热是由陶瓷加热器产生热量，再传导到管子上，这种由表及里的逐步衰减的热传递方法，使管子内外壁的温度不一样，焊口内外壁温差较大，导致热处理的硬度不理想。
2、焊口内外壁温差大，加热过程中不可以调节，导致管道热力损失。
3、由于焊口存在内外壁温差，在热处理温度取值上一般取上限，容易造成超温现象。
4、传统的焊接热处理，焊前预热和焊后热处理的加热器材为分开设置，在焊接后，需拆除预热加热带，再重新缠绕焊后热处理加热器，操作较复杂，且拆除预热加热带时，容易烫伤操作人员。
发明内容
本发明针对现有技术的焊接热处理中存在的技术问题，提供了一种能降低焊口内外壁温度，提高焊接热处理质量，操作过程更简易的大口径合金钢管焊接热处理工艺。
为达到上述目的本发明采用的技术方案是：
大口径合金钢管焊接热处理工艺，包括焊前预热和焊后热处理，工艺步骤如下：
1）焊前预热：
a)将需要焊接的合金钢管坡口对接，留出预设的根部间隙，在靠近坡口边缘的两侧管壁上分别贴附远红外陶瓷加热器；
b)将监控热电偶固定于坡口边缘处；
c)根据预设温度对合金钢管进行预热；
2）焊后热处理：
a)焊接后，在焊缝中心位置固定控温热电偶；
b)在焊接后的合金钢管壁上铺设保温棉形成保温层，保温层将远红外陶瓷加热器完全包覆；
c)在保温层上缠绕感应线圈，感应线圈在焊缝中心线左右两侧的宽度相等；
d)感应线圈的两端通过中频电缆与中频电源连接；
e)启动中频电源，进行焊后加热，升降温速度S不应大于150℃/h，恒温温度为750℃-770℃，恒温时间T不小于4 h。
优选的，从焊缝坡口边缘算起，每侧保温层的宽度不得少于钢管壁厚的5倍，且每侧保温层的宽度应比远红外陶瓷加热器的安装宽度增加不少于100mm。
优选的，所述的保温层的厚度为40mm-60mm。
优选的，焊后加热的升降温速度S的计算公式为：S=6250/δ, δ为钢管壁厚，单位为mm。
优选的，当所述焊接合金钢管的材质为SA-335P91钢时，焊后热处理恒温时间T的计算公式为：T=δ/25×1。
优选的，当所述焊接合金钢管的材质为SA-335P92钢时，焊后热处理恒温时间T的计算公式为：T=δ/25×2。
优选的，所述的中频电源的电源频率为700HZ-8000HZ。
优选的，所述的感应线圈的两端边缘均位于远红外陶瓷加热器边缘的外侧。
优选的，中频电源的热处理温度设定为750℃~755℃。
本发明的有益效果是：
1、本发明的大口径合金钢管焊接热处理工艺中的焊后热处理，直接在焊前预热的远红外陶瓷加热器上包覆保温层，然后再在保温层上缠绕感应线圈，无需将焊前预热的加热器拆除，使操作过程更简易，也降低了操作人员的烫伤风险。
2、本发明的大口径合金钢管焊接热处理工艺利用感应线圈把交流电能传递给要加热的管道，然后电能在管道内部转变为热能，使管道自身发热，极大的提高了热量率，使得整个管道内外壁温差减小，热处理后的焊接接头硬度非常理想。
3、焊前预热采用远红外陶瓷加热器进行加热，并利用监控热电偶对管道温度进行实时监测，并根据监测温度对远红外陶瓷加热器的输出功率进行调节，减少管道热量损失。
4、本发明的大口径合金钢管焊接热处理工艺利用感应线圈对管道进行感应加热，使得整个管道内外壁温差减少，因此将中频电源的热处理温度设定为750℃~755℃，即中频电源的热处理温度取焊后热处理恒温温度的下限值，就可使管道的内外壁的温度达到设定的恒温温度，使焊口获得很好的硬度值，可有效避免管道超温的现象。
附图说明
图1为根据本发明的大口径合金钢管焊接热处理工艺对合金钢管焊口进行焊接热处理时加热器材的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明。
大口径合金钢管焊接热处理工艺，包括焊前预热和焊后热处理，工艺步骤如下：
1）焊前预热：
a)将需要焊接的合金钢管坡口对接，留出预设的根部间隙，在靠近坡口边缘的两侧管壁上分别贴附远红外陶瓷加热器1；
b)将监控热电偶4固定于坡口边缘处；
c)根据预设温度对合金钢管进行预热；
2）焊后热处理：
a)焊接后，在焊缝中心位置固定控温热电偶5；
b)在焊接后的合金钢管壁上铺设保温棉形成保温层2，保温层2将远红外陶瓷加热器1完全包覆；
c)在保温层上缠绕感应线圈3，感应线圈3在焊缝中心线A左右两侧的宽度相等；
d)感应线圈的两端通过中频电缆与中频电源连接；
e)启动中频电源，进行焊后加热，升降温速度S不应大于150℃/h，恒温温度为750℃-770℃，恒温时间T不小于4 h。
具体的，从焊缝坡口边缘算起，每侧保温层2的宽度不得少于钢管壁厚的5倍，且每侧保温层的宽度应比远红外陶瓷加热器1的安装宽度增加不少于100mm，以减少温度梯度。
具体的，保温棉可选用硅酸铝保温材料均匀包裹在管子周围，包裹时不得出现厚薄的现象，保温层的厚簿决定了感应线圈与管道壁的距离，距离越远漏磁越大，加热效率就越低，距离太近保温效果越差，管道周边温差越大，所述的保温层1的厚度为 40mm-60mm为宜，即不影响保温效果，也可使感应线圈对管道的加热效率达到焊接热处理的要求。
具体的，对于不同壁厚的合金钢管其焊后热处理的升降温速度是不同的，在满足升降温速度S不应大于150℃/h的前提下，可以根据合金钢管的壁厚，来具体计算焊后热处理的升降温速度，焊后加热的升降温速度S的计算公式为：S=6250/δ, δ为钢管壁厚，单位为mm。
具体的，以上所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺主要是应用于SA-335P91钢管的焊接及 SA-335P92钢管的焊接，在满足恒温时间T不小于4 h的前提下，当所述焊接合金钢管的材质为SA-335P91钢时，焊后热处理恒温时间T的计算公式为：T=δ/25×1。当所述焊接合金钢管的材质为SA-335P92钢时，焊后热处理恒温时间T的计算公式为：T=δ/25×2。
具体的，所述的中频电源的电源频率为700HZ-8000HZ。
具体的，所述的感应线圈3的两端边缘均位于远红外陶瓷加热器1边缘的外侧，保证焊后热处理的管道长度不低于焊接预热的管道长度，减少温度梯度。
具体的，因为利用感应线圈了对管道进行感应加热，使得整个管道内外壁温差减少，因此将中频电源的热处理温度设定为750℃~755℃，即中频电源的热处理温度取焊后热处理恒温温度的下限值，就可使管道的内外壁的温度达到设定的恒温温度，使焊口获得很好的硬度值，可有效避免管道超温的现象。
下面通过具体的实施例详细说明本发明的大口径合金钢管焊接热处理工艺的具体实施步骤：
实施例一：
焊接管材为SA-335P91钢管，管材壁厚δ=100mm,其焊接热处理工艺步聚如下：
1）焊前预热：
a)将需要焊接的合金钢管坡口对接，留出根部间隙2~4 mm，在靠近坡口边缘的两侧管壁上分别贴附远红外陶瓷加热器，每侧远红外陶瓷加热器的安装宽度为300 mm；
b)将监控热电偶固定于坡口边缘处；
c) 氩弧焊打底前，预热温度100～150℃，恒温0.5h；电焊盖面前，预热温度200～250℃，恒温0.5h；
2）焊后热处理：
a)焊接后，在焊缝中心位置点焊固定控温热电偶，控温热电偶选用铠装热电偶；
b)在焊接后的合金钢管壁上包裹硅酸铝保温棉并用绝缘带扎紧形成厚度为50±5mm的保温层，保温层将远红外陶瓷加热器完全包覆，从焊缝坡口边缘算起，每侧保温层2的宽度为550 mm，远红外陶瓷加热器的分缘距保温层边缘约200 mm；
c)在保温层上缠绕感应线圈，感应线圈在焊缝中心线左右两侧的宽度相等，并且感应线圈3的两端边缘均位于远红外陶瓷加热器1边缘的外侧；
d)感应线圈3的两端通过中频电缆与中频电源连接；
e)启动中频电源，中频电源的热处理温度设定为752℃，进行焊后加热，升降温速度S=6250/δ=6250/100=62.5℃/h，恒温温度为750℃-770℃，恒温时间T=δ/25×1=100/25×1=4h。
实施例二：
焊接管材为SA-335P92钢管，管材壁厚δ=80mm,其焊接热处理工艺步聚如下：
2）焊前预热：
a)将需要焊接的合金钢管坡口对接，留出根部间隙2~4 mm，在靠近坡口边缘的两侧管壁上分别贴附远红外陶瓷加热器，每侧远红外陶瓷加热器的安装宽度为300 mm；
b)将监控热电偶固定于坡口边缘处；
c) 氩弧焊打底前，预热温度100～200℃，恒温1h；电焊盖面前，预热温度200～250℃，恒温1h；
2）焊后热处理：
a)焊接后，在焊缝中心位置用铁丝固定控温热电偶，控温热电偶选用K分度陶瓷热电偶，控温热电偶与铁线接触部分用隔热垫隔离；
b)在焊接后的合金钢管壁上包裹硅酸铝保温棉并用绝缘带扎紧形成厚度为50±5mm的保温层，保温层将远红外陶瓷加热器完全包覆，从焊缝坡口边缘算起，每侧保温层2的宽度为500 mm，远红外陶瓷加热器的分缘距保温层边缘约150 mm；
c)在保温层上缠绕感应线圈，感应线圈在焊缝中心线左右两侧的宽度相等，并且感应线圈3的两端边缘均位于远红外陶瓷加热器1边缘的外侧；
d)感应线圈的两端通过中频电缆与中频电源连接；
e)启动中频电源，中频电源的热处理温度设定为755℃，进行焊后加热，升降温速度S=6250/80=6250/80=78℃/h，恒温温度为750℃-770℃，恒温时间T=80/25×2=80/25×2=6.4h。
需要说明的是，在焊后热处理进行焊后加热前，需要对监控热电偶4和控温热电偶5连接补偿导线，并且连接感应线圈的中频电缆应与热电偶补偿导线相距30cm以上布置。
以上所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺的优点是：
1、焊后热处理直接在焊前预热的远红外陶瓷加热器上包覆保温层，然后再在保温层上缠绕感应线圈，无需将焊前预热的加热器拆除，使操作过程更简易，也降低了操作人员的烫伤风险。
2、利用感应线圈把交流电能传递给要加热的管道，然后电能在管道内部转变为热能，使管道自身发热，极大的提高了热量率，使得整个管道内外壁温差减小，热处理后的焊接接头硬度非常理想。
3、焊前预热采用远红外陶瓷加热器进行加热，并利用监控热电偶对管道温度进行实时监测，并根据监测温度对远红外陶瓷加热器的输出功率进行调节，减少管道热量损失。
4、本发明的大口径合金钢管焊接热处理工艺利用感应线圈对管道进行感应加热，使得整个管道内外壁温差减少，因此将中频电源的热处理温度设定为750℃~755℃，即中频电源的热处理温度取焊后热处理恒温温度的下限值，就可使管道的内外壁的温度达到设定的恒温温度，使焊口获得很好的硬度值，可有效避免管道超温的现象。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.大口径合金钢管焊接热处理工艺，包括焊前预热和焊后热处理，工艺步骤如下：
焊前预热：
a)将需要焊接的合金钢管坡口对接，留出预设的根部间隙，在靠近坡口边缘的两侧管壁上分别贴附远红外陶瓷加热器；
b)将监控热电偶固定于坡口边缘处；
c)根据预设温度对合金钢管进行预热；
焊后热处理：
a)焊接后，在焊缝中心位置固定控温热电偶；
b)在焊接后的合金钢管壁上铺设保温棉形成保温层，保温层将远红外陶瓷加热器完全包覆；
c)在保温层上缠绕感应线圈，感应线圈在焊缝中心线左右两侧的宽度相等；
d)感应线圈的两端通过中频电缆与中频电源连接；
e)启动中频电源，进行焊后加热，升降温速度S不应大于150℃/h，恒温温度为750℃-770℃，恒温时间T不小于4 h；
从焊缝坡口边缘算起，每侧保温层的宽度不得少于钢管壁厚的5倍，且每侧保温层的宽度应比远红外陶瓷加热器的安装宽度增加不少于100mm；
焊后加热的升降温速度S的计算公式为：S=6250/δ, δ为钢管壁厚，单位为mm。
2.根据权利要求1所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺，其特征在于所述的保温层的厚度为40mm-60mm。
3.根据权利要求1所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺，其特征在于当所述焊接合金钢管的材质为SA-335P91钢时，焊后热处理恒温时间T的计算公式为：T=δ/25×1。
4.根据权利要求1所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺，其特征在于当所述焊接合金钢管的材质为SA-335P92钢时，焊后热处理恒温时间T的计算公式为：T=δ/25×2。
5.根据权利要求1至权利要求4任一项所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺，其特征在于所述的中频电源的电源频率为700HZ-8000HZ。
6.根据权利要求1所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺，其特征在于所述的感应线圈的两端边缘均位于远红外陶瓷加热器边缘的外侧。
7.根据权利要求1所述的大口径合金钢管焊接热处理工艺，其特征在于中频电源的热处理温度设定为750℃~755℃。
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