CN109825680A - 一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法 - Google Patents

一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，包括以下步骤：步骤一、布置保温棉；步骤二、布置感应线圈；步骤三、用二氧化硅玻璃丝布垫包裹枢轴进行绝缘，与感应线圈隔开；步骤四、在管道内部设置两个保温隔板；步骤五、在下部圆锥侧下表面230‑270mm处安装通风机，通风机与下部圆锥侧同轴；步骤六、对焊缝进行加热。本发明可以使得大壁厚双金属复合管道热处理后临界脆性转变温度，达到设计和规范的要求，提高焊缝质量。

Description

一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法
技术领域
本发明属于金属焊接技术领域，具体涉及一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法。
背景技术
焊缝金属临界脆性转变温度，是材料韧性转变倾向的重要性能，它的高低直接决定了焊缝在低温条件下韧性的性能，直接决定了焊缝在特定条件下的应用范围。
在冷脆转变温度以上时，金属内部原子运动的热能大，因而金属内部的位错源可借助热运动而开动所需的松驰时间短，所以当位错塞积群前端聚集的弹性能尚未达到形成解理裂纹所需能量之前，邻近的位错源就已开动而放出位错使材料产生显著的塑性变形，断裂后形成韧性断口。但在冷脆温度以下时，随温度变化邻近的位错源要取得足够热运动能而开动所需的松驰时间长，因此塞积群前端所聚集的弹性能就难以通过邻近位错运动而松驰，当聚集的弹性能足够大时就导致脆性断裂。脆性增加，焊接残余应力增大，容易产生焊接裂纹。大壁厚双金属复合管道热处理时，经常会遇到焊缝临界脆性转变温度升高，无法达到设计和规范的要求，无法保证焊缝的质量。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提出一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，以解决大壁厚双金属复合管道热处理时，焊缝临界脆性转变温度升高，无法达到设计和规范的要求的问题。
本发明的技术方案如下：一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，包括以下步骤：
步骤一、布置保温棉；
所述的保温棉的保温宽度，在上部管道侧为700-1000mm，在下部圆锥侧为400-600mm；在进行焊接时，焊缝的区域不铺设保温棉；
步骤二、布置感应线圈；
上部管道侧感应线圈布置在保温棉上，在距焊缝中心180-220mm处的上部缠绕4圈，留出长800-1200mm的感应线圈头；
下部圆锥侧感应线圈布置在保温棉上，由枢轴开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈；下部感应线圈的缠绕方向与上部感应线圈的缠绕方向一致；所述的枢轴距离焊缝中心400-500mm，在下部圆锥侧的圆周上平均分布8个，但距离下部圆锥侧的焊缝边缘处至少280mm；
步骤三、用二氧化硅玻璃丝布垫包裹枢轴进行绝缘，与感应线圈隔开；
步骤四、在管道内部设置两个保温隔板，一个距上部管道侧焊缝中心1000-1300mm；另一个距圆锥侧焊缝中心180-230mm；
步骤五、在下部圆锥侧下表面230-270mm处安装通风机，通风机与下部圆锥侧同轴；
步骤六、对焊缝进行加热；
焊接结束后，采用二氧化硅玻璃丝布垫对焊缝进行保温，将步骤二中留出长800-1200mm的感应线圈头，缠绕在二氧化硅玻璃丝布垫上；进行中间回火热处理，中间回火加热至640±20℃，保温3h；中间回火完成48h后，进行最终回火热处理，最终回火加热至640±20℃，保温7h；
在中间回火热处理及最终回火热处理过程中的升温、保温阶段通风机接通，保证下部圆锥侧距内表面75-85mm处测温点的温度不超过230℃；
在降温阶段通风机关闭，下部圆锥侧距内表面75-85mm处测温点的温度将升高，与其他各处测温点温度在450-250℃范围内保持相同。
进一步的，步骤一中所述保温棉的厚度，为40-60mm。
进一步的，步骤一中所述焊缝的宽度，为130-170mm。
进一步的，步骤二中所述的上部感应线圈的中心间距为70-90mm，下部感应线圈的中心间距为50-60mm。
进一步的，步骤五中所述的通风机，为管道轴流风机。
进一步的，步骤六中所述的中间回火和最终回火热处理，采用中频感应加热。
进一步的，步骤六中所述的中间回火热处理过程如下：
升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h，检验测温点各点温差超过35℃且无法缩小时，进行降温，查明并排除导致偏差的原因，然后恢复加热；当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温3h；
冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温棉下自然冷却。
进一步的，步骤六中所述的最终回火热处理过程如下：
升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h，检验测温点各点温差超过35℃且无法缩小时，进行降温，查明并排除导致偏差的原因，然后恢复加热；当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温7h；
冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温棉下自然冷却。
进一步的，步骤六中所述的二氧化硅玻璃丝布垫，内部填充硅酸铝棉毯。
本发明的显著效果在于：本发明提出一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，以使得大壁厚双金属复合管道热处理后临界脆性转变温度，达到设计和规范的要求，提高焊缝质量。
附图说明
图1为使用本发明方法热处理示意图；
图中：1.下部圆锥侧、2.感应线圈、3.枢轴、4.保温棉、5.保温隔板。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法作进一步详细说明。
一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，包括以下步骤：
步骤一、布置保温棉；
所述的保温棉4的保温宽度，在上部管道侧为700-1000mm，在下部圆锥侧为400-600mm；在进行焊接时，焊缝的区域不铺设保温棉4；
步骤二、布置感应线圈；
上部管道侧感应线圈2布置在保温棉4上，在距焊缝中心180-220mm处的上部缠绕4圈，留出长800-1200mm的感应线圈头；
下部圆锥侧感应线圈2布置在保温棉4上，由枢轴3开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈；下部感应线圈2的缠绕方向与上部感应线圈2的缠绕方向一致；所述的枢轴3距离焊缝中心400-500mm，在下部圆锥侧的圆周上平均分布8个，但距离下部圆锥侧的焊缝边缘处至少280mm；
步骤三、用二氧化硅玻璃丝布垫包裹枢轴3进行绝缘，与感应线圈2隔开；
步骤四、在管道内部设置两个保温隔板5，一个距上部管道侧焊缝中心1000-1300mm；另一个距圆锥侧焊缝中心180-230mm；
步骤五、在下部圆锥侧下表面230-270mm处安装通风机，通风机与下部圆锥侧同轴；
步骤六、对焊缝进行加热；
焊接结束后，采用二氧化硅玻璃丝布垫对焊缝进行保温，将步骤二中留出长800-1200mm的感应线圈头，缠绕在二氧化硅玻璃丝布垫上；进行中间回火热处理，中间回火加热至640±20℃，保温3h；中间回火完成48h后，进行最终回火热处理，最终回火加热至640±20℃，保温7h；
在中间回火热处理及最终回火热处理过程中的升温、保温阶段通风机接通，保证下部圆锥侧距内表面75-85mm处测温点的温度不超过230℃；
在降温阶段通风机关闭，下部圆锥侧距内表面75-85mm处测温点的温度将升高，与其他各处测温点温度在450-250℃范围内保持相同。
进一步的，步骤一中所述保温棉4的厚度，为40-60mm。
进一步的，步骤一中所述焊缝的宽度，为130-170mm。
进一步的，步骤二中所述的上部感应线圈2的中心间距为70-90mm，下部感应线圈2的中心间距为50-60mm。
进一步的，步骤五中所述的通风机，为管道轴流风机。
进一步的，步骤六中所述的中间回火和最终回火热处理，采用中频感应加热。
进一步的，步骤六中所述的中间回火热处理过程如下：
升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h，检验测温点各点温差超过35℃且无法缩小时，进行降温，查明并排除导致偏差的原因，然后恢复加热；当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温3h；
冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温棉4下自然冷却。
进一步的，步骤六中所述的最终回火热处理过程如下：
升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h，检验测温点各点温差超过35℃且无法缩小时，进行降温，查明并排除导致偏差的原因，然后恢复加热；当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温7h；
冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温棉4下自然冷却。
进一步的，步骤六中所述的二氧化硅玻璃丝布垫，内部填充硅酸铝棉毯。
具体实施例：
实施例一：
(1)在双金属复合管道焊缝处，按照图1的缠绕方式布置保温棉和缠绕水冷电缆，水冷电缆包裹在保温棉外面；
(2)感应线圈的设置：在管道部分，距离焊缝中心200mm处，留出长1000mm的感应线圈头，以便经焊缝形成过渡，缠绕4圈。上部间距为80mm，下部间距为60mm。在圆锥形接管部分，由枢轴开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈，感应线圈的缠绕方向与管道上感应线圈的缠绕方向一致。枢轴的材料为奥氏体不锈钢，直径为10mm，长为200mm。枢轴须用二氧化硅玻璃丝布包裹进行绝缘，与感应线圈隔开。枢轴距离焊缝中心400mm，在压力容器接管的圆周上平均分布8个，但距离S2、S6点最少180mm。
(3)保温层总厚度为40。保温宽度为：管道一侧850mm，圆锥形接管一侧450mm。
(4)保温隔板安装在管道和圆锥形接管的内部：一个距管道内表面1170mm；另一个圆锥形接管内表面200mm；
(5)中间回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温3h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(6)最终回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温7h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(7)在管道内表面约250mm处安装带扩压器的通风机。在中间回火及最终回火热处理的升温、保温阶段接通；在中间回火与最终回火热处理的降温阶段关闭；降温阶段测量点(S5)的温度不得超过230℃，在降温阶段(风机关闭)第5处测温点(S5)的温度将升高，可与其他各处温度(450～250℃)基本相同。
(8)温度降到100℃时拆除保温。
实施例二：
(1)在双金属复合管道焊缝处，按照图1的缠绕方式布置保温棉和缠绕水冷电缆，水冷电缆包裹在保温棉外面；
(2)感应线圈的设置：在管道部分，距离焊缝中心210mm处，留出长1100mm的感应线圈头，以便经焊缝形成过渡，缠绕4圈。上部间距为80mm，下部间距为60mm。在圆锥形接管部分，由枢轴开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈，感应线圈的缠绕方向与管道上感应线圈的缠绕方向一致。枢轴的材料为奥氏体不锈钢，直径为10mm，长为200mm。枢轴须用二氧化硅玻璃丝布包裹进行绝缘，与感应线圈隔开。枢轴距离焊缝中心410mm，在压力容器接管的圆周上平均分布8个，但距离S2、S6点190mm。
(3)保温层总厚度为40。保温宽度为：管道一侧860mm，圆锥形接管一侧460mm。
(4)保温隔板安装在管道和圆锥形接管的内部：一个距管道内表面1170mm；另一个圆锥形接管内表面200mm；
(5)中间回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度40℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度30℃/h；达到655℃保温3h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度45℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(6)最终回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度40℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度30℃/h；达到655℃保温7h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(7)在管道内表面约250mm处安装带扩压器的通风机。在中间回火及最终回火热处理的升温、保温阶段接通；在中间回火与最终回火热处理的降温阶段关闭；降温阶段测量点(S5)的温度不得超过230℃，在降温阶段(风机关闭)第5处测温点(S5)的温度将升高，可与其他各处温度(450～250℃)基本相同。
(8)温度降到100℃时拆除保温。
实施例三：
(1)在双金属复合管道焊缝处，按照图1的缠绕方式布置保温棉和缠绕水冷电缆，水冷电缆包裹在保温棉外面；
(2)感应线圈的设置：在管道部分，距离焊缝中心210mm处，留出长1100mm的感应线圈头，以便经焊缝形成过渡，缠绕4圈。上部间距为80mm，下部间距为60mm。在圆锥形接管部分，由枢轴开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈，感应线圈的缠绕方向与管道上感应线圈的缠绕方向一致。枢轴的材料为奥氏体不锈钢，直径为10mm，长为200mm。枢轴须用二氧化硅玻璃丝布包裹进行绝缘，与感应线圈隔开。枢轴距离焊缝中心420mm，在压力容器接管的圆周上平均分布8个，但距离S2、S6点190mm。
(3)保温层总厚度为40。保温宽度为：管道一侧860mm，圆锥形接管一侧460mm。
(4)保温隔板安装在管道和圆锥形接管的内部：一个距管道内表面1170mm；另一个圆锥形接管内表面200mm；
(5)中间回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度40℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度30℃/h；达到655℃保温3h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度45℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(6)最终回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度40℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度30℃/h；达到655℃保温7h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(7)在管道内表面约250mm处安装带扩压器的通风机。在中间回火及最终回火热处理的升温、保温阶段接通；在中间回火与最终回火热处理的降温阶段关闭；降温阶段测量点(S5)的温度不得超过230℃，在降温阶段(风机关闭)第5处测温点(S5)的温度将升高，可与其他各处温度(450～250℃)基本相同。
(8)温度降到100℃时拆除保温。
实施例四：
(1)在双金属复合管道焊缝处，按照图1的缠绕方式布置保温棉和缠绕水冷电缆，水冷电缆包裹在保温棉外面；
(2)感应线圈的设置：在管道部分，距离焊缝中心210mm处，留出长1100mm的感应线圈头，以便经焊缝形成过渡，缠绕4圈。上部间距为80mm，下部间距为60mm。在圆锥形接管部分，由枢轴开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈，感应线圈的缠绕方向与管道上感应线圈的缠绕方向一致。枢轴的材料为奥氏体不锈钢，直径为10mm，长为200mm。枢轴须用二氧化硅玻璃丝布包裹进行绝缘，与感应线圈隔开。枢轴距离焊缝中心430mm，在压力容器接管的圆周上平均分布8个，但距离S2、S6点190mm。
(3)保温层总厚度为40。保温宽度为：管道一侧860mm，圆锥形接管一侧460mm。
(4)保温隔板安装在管道和圆锥形接管的内部：一个距管道内表面1170mm；另一个圆锥形接管内表面200mm；
(5)中间回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度40℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度30℃/h；达到655℃保温3h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度45℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(6)最终回火：升温速度：当温度＜500℃时，升温速度40℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h。当温度＞500℃时，升温速度30℃/h；达到655℃保温7h；冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温层下自然冷却。
(7)在管道内表面约250mm处安装带扩压器的通风机。在中间回火及最终回火热处理的升温、保温阶段接通；在中间回火与最终回火热处理的降温阶段关闭；降温阶段测量点(S5)的温度不得超过230℃，在降温阶段(风机关闭)第5处测温点(S5)的温度将升高，可与其他各处温度(450～250℃)基本相同。
(8)温度降到100℃时拆除保温。
使用本发明的方法，保证了热处理过程中控制温度，提高热处理质量，保证了焊缝的临界脆性转变温度没有升高，焊缝处临界脆性转变温度(见表1)满足设计要求。
临界脆性转变温度通过在要求温度下冲击韧性标准值进行检验，一组3个试件试验值的平均值应不小于标准值，最小值应不小于要求值的70％。
表1
由表1可以得出使用本发明方法能够有效的控制临界脆性转变温度，保证了焊缝质量。

Claims (9)

1.一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、布置保温棉；
所述的保温棉(4)的保温宽度，在上部管道侧为700-1000mm，在下部圆锥侧为400-600mm；在进行焊接时，焊缝的区域不铺设保温棉(4)；
步骤二、布置感应线圈；
上部管道侧感应线圈(2)布置在保温棉(4)上，在距焊缝中心180-220mm处的上部缠绕4圈，留出长800-1200mm的感应线圈头；
下部圆锥侧感应线圈(2)布置在保温棉(4)上，由枢轴(3)开始向圆锥方向紧密地缠绕8圈；下部感应线圈(2)的缠绕方向与上部感应线圈(2)的缠绕方向一致；所述的枢轴(3)距离焊缝中心400-500mm，在下部圆锥侧的圆周上平均分布8个，但距离下部圆锥侧的焊缝边缘处至少280mm；
步骤三、用二氧化硅玻璃丝布垫包裹枢轴(3)进行绝缘，与感应线圈(2)隔开；
步骤四、在管道内部设置两个保温隔板(5)，一个距上部管道侧焊缝中心1000-1300mm；另一个距圆锥侧焊缝中心180-230mm；
步骤五、在下部圆锥侧下表面230-270mm处安装通风机，通风机与下部圆锥侧同轴；
步骤六、对焊缝进行加热；
焊接结束后，采用二氧化硅玻璃丝布垫对焊缝进行保温，将步骤二中留出长800-1200mm的感应线圈头，缠绕在二氧化硅玻璃丝布垫上；进行中间回火热处理，中间回火加热至640±20℃，保温3h；中间回火完成48h后，进行最终回火热处理，最终回火加热至640±20℃，保温7h；
在中间回火热处理及最终回火热处理过程中的升温、保温阶段通风机接通，保证下部圆锥侧距内表面75-85mm处测温点的温度不超过230℃；
在降温阶段通风机关闭，下部圆锥侧距内表面75-85mm处测温点的温度将升高，与其他各处测温点温度在450-250℃范围内保持相同。
2.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤一中所述保温棉(4)的厚度，为40-60mm。
3.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤一中所述焊缝的宽度，为130-170mm。
4.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤二中所述的上部感应线圈(2)的中心间距为70-90mm，下部感应线圈(2)的中心间距为50-60mm。
5.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤五中所述的通风机，为管道轴流风机。
6.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤六中所述的中间回火和最终回火热处理，采用中频感应加热。
7.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤六中所述的中间回火热处理过程如下：
升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h，检验测温点各点温差超过35℃且无法缩小时，进行降温，查明并排除导致偏差的原因，然后恢复加热；当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温3h；
冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温棉(4)下自然冷却。
8.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤六中所述的最终回火热处理过程如下：
升温速度：当温度＜500℃时，升温速度45℃/h；当温度＝500℃时，保持此温度1h，检验测温点各点温差超过35℃且无法缩小时，进行降温，查明并排除导致偏差的原因，然后恢复加热；当温度＞500℃时，升温速度35℃/h；达到650℃保温7h；
冷却速度：当温度＞300℃时，冷却速度40℃/h；当温度＜300℃时，在保温棉(4)下自然冷却。
9.如权利要求1所述的一种用于大壁厚双金属复合管道热处理方法，其特征在于：步骤六中所述的二氧化硅玻璃丝布垫，内部填充硅酸铝棉毯。
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