CN109880993B - 不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的装置和方法，包括热处理温控仪、无纸记录仪和设置在热处理工件上下两面的上、下调控机构，上、下调控机构分别包括厚板侧保温区、加热区和薄板侧保温区；加热区依次设有辅助加热板、厚板侧主加热板、焊缝主加热板和薄板侧主加热板；各加热板通过补偿导线连接至热处理温控仪上，通过控制不同加热板的温度而控制热处理温度；垂直于焊缝方向，以焊缝中心为起点，在加热板布置区域每隔一定距离布置一测温点，在加热板以外的保温区域每隔一定距离布置一测温点，将测温热电偶通过焊接的方式焊接在测温监控点上，通过补偿导线连接至无纸记录仪上，记录热处理各测温点的实时温度。
Description
技术领域
本发明涉及焊后热处理调控技术领域，具体涉及不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的装置和方法。
背景技术
随着工业的进步发展，压力容器正朝着大型化、高参数、长周期方向发展，焊后热处理是压力容器建造工艺的重要环节。对于实际工程结构规模大、结构复杂的大型结构，只能进行局部热处理。目前焊后热处理标准中仅规定了焊后热处理保温温度、保温时间及升、降温工艺，基本没有工艺实施要求，如加热区和隔热区的范围，测温点的数量及布置等。在实际进行局部焊后热处理时，实际作用在结构上的温度场分布与理想中的热处理分布曲线有一定的差别。如，热处理温度在600℃，保温3小时，即要求在整个加热区域内都要求在600℃。然而在实际中，这一要求是很难达到的。
对于不等厚度焊接接头而言，若在焊缝两侧布置相同宽度的加热带，由于接头两侧板厚不一致，导致接头两侧所进行的导热效率不一致，会导致加热区域最高温度偏移加热装置中心。随着热处理时间的增加，加热带边缘区域由于与周围对流传导换热的原因，需要持续不断保持加热功率，这样一来，加热带中心区域的温度会越来越高，甚至会超过热处理温度，形成一个不均匀的热处理温度场，在垂直焊缝方向存在温度梯度，且薄板一侧高温温度分布大于厚板一侧，不恰当的温度场可能使接头组织劣化。
因此，需要对热处理温度场进行准确的控制，合理布置测温点的数量和分布，对各测温点温度进行控制，防止温度场不在合理范围之内。另一方面，局部焊后热处理会导致热处理过程中变形不一致，热电偶和构件之间通常采用螺栓固定，在高温下，由于热膨胀原因，热电偶不能紧压在焊件上，容易导致热电偶和壳体表面连接不牢固。
发明内容
针对上述现有技术问题，为了保证不等厚度焊接接头能够获得较好的热处理温度场分布，本发明提供了一种不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的装置，以及不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的方法。
本发明采用以下的技术方案：
不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的装置，包括热处理温控仪、无纸记录仪和设置在热处理工件上下两面的上调控机构与下调控机构，所述上调控机构和所述下调控机构外均覆盖有保温棉；
上调控机构包括厚板侧上保温区、上加热区和薄板侧上保温区，所述上加热区上从厚板、焊缝至薄板处依次设有上辅助加热板、厚板侧上主加热板、焊缝上主加热板和薄板侧上主加热板；
下调控机构包括厚板侧下保温区、下加热区和薄板侧下保温区，所述下加热区上从厚板、焊缝至薄板处依次设有下辅助加热板、厚板侧下主加热板、焊缝下主加热板和薄板侧下主加热板；
上、下加热区的各加热板通过补偿导线连接至所述热处理温控仪上，通过控制不同加热板的温度而控制热处理温度；
垂直于焊缝方向，以焊缝中心为起点，在对应于上、下加热区的热处理工件上，每间隔等距离处分别设有加热区测温点；在对应于厚板侧上、下保温区和薄板侧上、下保温区的热处理工件上，每间隔等距离处分别设有保温区测温点；在所述加热区测温点和所述保温区测温点上分别焊接有测温热电偶，所述测温热电偶通过补偿导线连接至所述无纸记录仪上，记录热处理各测温点的实时温度。
优选地，所述厚板侧上、下主加热板的加热温度高于上、下辅助加热板的加热温度。
优选地，所述加热区测温点间的间距小于保温区测温点间的间距。
优选地，所述加热区测温点间的间距为20mm；所述保温区测温点间的间距为40mm。
优选地，所述加热区测温点和所述保温区测温点旁分别额外焊接有备用测温热电偶，以防止热处理过程中测温热电偶发生故障或脱落。
不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的方法，包括以下步骤：
(1)加热板布置：以焊缝为中心在加热宽度范围内的热处理工件的上下两侧各布置主加热板，主加热板分为三类：厚板侧主加热板、焊缝主加热板和薄板侧主加热板；在热处理温控仪上分别对三类主加热板按照各自的加热工艺曲线进行控制；
(2)辅助加热板布置：在厚板侧紧邻厚板侧主加热板处设置辅助加热板，辅助加热板的温度通过温度补偿法进行控制，其加热温度低于厚板侧主加热板的温度；
(3)采用保温棉集成工装，将其平铺并捆扎在待热处理温度场调控区域外；
(4)对不等厚度接头进行加热：设定厚板侧主加热板的加热功率大于焊缝主加热板的加热功率，薄板侧主加热板的加热功率最小，保证三类主加热板的加热速率一致，最终使三类主加热板在同一时刻达到相同的加热温度；设定辅助加热板的加热功率，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内达到辅助加热温度；
(5)对不等厚度接头进行保温：在步骤(4)的原加热功率的基础上，降低焊缝主加热板的加热功率，其他加热板区域的加热功率保持不变；使保温区域的温度在规定的保温时间内保持不变；
(6)冷却降温：在厚板侧增加散热风扇，保证厚板侧降温速率与薄板测一致，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内进行冷却；
(7)温度冷却至400℃后，拆除辅助加热板、厚板侧主加热板，再拆除焊缝主加热板，最后拆除薄板侧主加热板，输出热处理工艺曲线，热处理过程结束。
上述方案中，辅助加热板的控制过程与厚板侧主加热板的温度工艺相同，其目的在于使厚板侧主加热区的温度保持在合理范围内。
为了防止焊缝中心温度过高，且保证均热带各区域温度一致，在保温阶段，在原来加热功率的基础上，降低焊缝主加热板的加热功率，其他加热板区域的加热功率保持不变。
在冷却阶段，为了使热处理各区域冷却速率一致，在厚板一侧增加散热风扇，以促进厚板侧温度的快速降低。
温度冷却到400℃后，先拆除厚板侧加热板，再拆除焊缝区域加热板，最后拆除薄板侧辅助加热板，内外表面同时拆除，以防止保温棉拆除过程中产生较大的变形。
本发明具有的有益效果是：
1.解决了常规热处理方法在不等厚度焊接接头上带来的温度场分布不均匀的问题，避免了不等厚度热处理常规方法存在的技术缺陷；
2.通过对热处理区域分区控制，可实现对焊后局部热处理温度场的精确调控，热处理保温过程中分布更加合理；
3.通过对加热区和保温区的测温点的数量和分布的合理布置，能够更加精确的控制各测温点温度，使得各温度场保持在合理范围之内；
4.通过在测温点焊接两个热电偶的方式，解决了普通方法易导致热电偶连接异常、不牢固的问题，从而使得温度场控制更加可靠；
5.本温度场调控方法获得的不等厚度焊接接头焊后热处理变形更小，接头组织优良。
附图说明
图1为不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的示意图；
图2为主加热板及辅助加热板工艺曲线；
图3为原始方法的保温阶段热处理温度分布曲线；
图4为本发明的保温阶段热处理温度分布曲线。
其中，1为焊缝；2为测温点；3为薄板；4为厚板；5为保温棉；6为辅助加热区域；7为厚板侧主加热区域；8为焊缝主加热区域；9为薄板侧主加热区域；图4中HB为加热区域，SB为保温区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
结合图1至图4，不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的装置，包括热处理温控仪、无纸记录仪和设置在热处理工件上下两面的上调控机构与下调控机构，所述上调控机构和所述下调控机构外均覆盖有保温棉；
上调控机构包括厚板侧上保温区、上加热区和薄板侧上保温区，所述上加热区上从厚板、焊缝至薄板处依次设有上辅助加热板、厚板侧上主加热板、焊缝上主加热板和薄板侧上主加热板；
下调控机构包括厚板侧下保温区、下加热区和薄板侧下保温区，所述下加热区上从厚板、焊缝至薄板处依次设有下辅助加热板、厚板侧下主加热板、焊缝下主加热板和薄板侧下主加热板；
上、下加热区的各加热板通过补偿导线连接至所述热处理温控仪上，通过控制不同加热板的温度而控制热处理温度；
垂直于焊缝方向，以焊缝中心为起点，在对应于上、下加热区的热处理工件上，每间隔等距离处分别设有加热区测温点；在对应于厚板侧上、下保温区和薄板侧上、下保温区的热处理工件上，每间隔等距离处分别设有保温区测温点；在所述加热区测温点和所述保温区测温点上分别焊接有测温热电偶，所述测温热电偶通过补偿导线连接至所述无纸记录仪上，记录热处理各测温点的实时温度。
所述厚板侧上、下主加热板的加热温度高于上、下辅助加热板的加热温度；所述加热区测温点间的间距小于保温区测温点间的间距；所述加热区测温点间的间距为20mm；所述保温区测温点间的间距为40mm；所述加热区测温点和所述保温区测温点旁分别额外焊接有备用测温热电偶，以防止热处理过程中测温热电偶发生故障或脱落。
不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的方法，包括以下步骤：
(1)加热板布置：以焊缝为中心在加热宽度范围内的热处理工件的上下两侧各布置主加热板，主加热板分为三类：厚板侧主加热板、焊缝主加热板和薄板侧主加热板；在热处理温控仪上分别对三类主加热板按照各自的加热工艺曲线进行控制；
(2)辅助加热板布置：在厚板侧紧邻厚板侧主加热板处设置辅助加热板，辅助加热板的温度通过温度补偿法进行控制，其加热温度低于厚板侧主加热板的温度；
(3)采用保温棉集成工装，将其平铺并捆扎在待热处理温度场调控区域外；
(4)对不等厚度接头进行加热：设定厚板侧主加热板的加热功率大于焊缝主加热板的加热功率，薄板侧主加热板的加热功率最小，保证三类主加热板的加热速率一致，最终使三类主加热板在同一时刻达到相同的加热温度；设定辅助加热板的加热功率，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内达到辅助加热温度；
(5)对不等厚度接头进行保温：在步骤(4)的原加热功率的基础上，降低焊缝主加热板的加热功率，其他加热板区域的加热功率保持不变；使保温区域的温度在规定的保温时间内保持不变；
(6)冷却降温：在厚板侧增加散热风扇，保证厚板侧降温速率与薄板测一致，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内进行冷却；
(7)温度冷却至400℃后，拆除辅助加热板、厚板侧主加热板，再拆除焊缝主加热板，最后拆除薄板侧主加热板，输出热处理工艺曲线，热处理过程结束。
实施例1
依据材料热处理工艺要求制定局部热处理工艺曲线，选定加热区域HB、保温区域SB、隔热区域GCB。
(1)前处理通道异常情况检查：接通电源，启动热处理温控仪及无纸记录仪，按照设定的升温速率将温度升至100℃并进行保温，检测热处理温控仪各通道仪表、无纸记录仪各通道温度显示是否有异常。
(2)以焊缝中心为起点，垂直于焊缝方向上，在加热片布置区域每隔20mm布置一测温点，在加热片以外的保温区域每隔40mm布置一测温点。将测温热电偶通过焊接的方式焊接在测温监控点上，每个测温点旁额外焊接一只备用热电偶，以防止热处理过程中测温热电偶发生故障。
(3)加热板布置：以焊缝为中心在加热宽度范围内的热处理工件的上下两侧各布置主加热板，主加热板分为三类：厚板侧主加热板、焊缝主加热板和薄板侧主加热板；在热处理温控仪上分别对三类主加热板按照各自的加热工艺曲线进行控制。
(4)辅助加热板布置：在厚板侧紧邻厚板侧主加热板处设置辅助加热板，辅助加热板的温度通过温度补偿法进行控制，其加热温度低于厚板侧主加热板的温度。
(5)采用保温棉集成工装，将其平铺并捆扎在待热处理温度场调控区域外。
(6)对不同的区域的加热板分别按照各区域加热板的加热方式控制每个区域的加热功率进行加热，加热板布置方式和温度控制见图1所示。
(7)设定厚板侧主加热板的加热功率大于焊缝主加热板的加热功率，薄板侧主加热板的加热功率最小，保证三类主加热板的加热速率一致，最终使三类主加热板在同一时刻达到相同的加热温度；设定辅助加热板的加热功率，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内达到辅助加热温度。控温热电偶通过补偿导线连接至热处理温控仪上，控制热处理温度。
(8)将测温热电偶通过补偿导线连接至无纸记录仪上，记录热处理各测温点实时温度，无纸记录仪每10s记录一次温度数据。
(9)打开各加热板开关，按照各加热板既定热处理工艺过程，保证各区域加热曲线按照既定的工艺曲线进行，如图2所示。
(10)对不等厚度接头进行保温：在原加热功率的基础上，降低焊缝主加热板的加热功率，其他加热板区域的加热功率保持不变；在热处理保温阶段每隔10分钟提取一组数据，取各组的平均值，得到热处理保温阶段的温度场分布曲线。
(11)冷却降温：在厚板侧增加散热风扇，促进厚板侧温度的快速降低。
(12)温度冷却至400℃后，拆除辅助加热板、厚板侧主加热板，再拆除焊缝主加热板，最后拆除薄板侧主加热板，输出热处理工艺曲线，热处理过程结束。
本发明的保温阶段热处理温度分布曲线见图4所示，而原始方法的保温阶段热处理所得到的温度分布曲线见图3所示。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控装置，其特征在于，包括热处理温控仪、无纸记录仪和设置在热处理工件上下两面的上调控机构与下调控机构，所述上调控机构和所述下调控机构外均覆盖有保温棉；
上调控机构包括厚板侧上保温区、上加热区和薄板侧上保温区，所述上加热区上从厚板、焊缝至薄板处依次设有上辅助加热板、厚板侧上主加热板、焊缝上主加热板和薄板侧上主加热板；
下调控机构包括厚板侧下保温区、下加热区和薄板侧下保温区，所述下加热区上从厚板、焊缝至薄板处依次设有下辅助加热板、厚板侧下主加热板、焊缝下主加热板和薄板侧下主加热板；
上、下加热区的各加热板通过补偿导线连接至所述热处理温控仪上，通过控制不同加热板的温度而控制热处理温度；
垂直于焊缝方向，以焊缝中心为起点，在对应于上、下加热区的热处理工件上，每间隔等距离处分别设有加热区测温点；在对应于厚板侧上、下保温区和薄板侧上、下保温区的热处理工件上，每间隔等距离处分别设有保温区测温点；在所述加热区测温点和所述保温区测温点上分别焊接有测温热电偶，所述测温热电偶通过补偿导线连接至所述无纸记录仪上，记录热处理各测温点的实时温度；
所述厚板侧上、下主加热板的加热温度高于上、下辅助加热板的加热温度；
所述加热区测温点间的间距小于保温区测温点间的间距。
2.根据权利要求1所述的一种不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控装置，其特征在于，所述加热区测温点间的间距为20mm；所述保温区测温点间的间距为40mm。
3.根据权利要求1所述的一种不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控装置，其特征在于，所述加热区测温点和所述保温区测温点旁分别额外焊接有备用测温热电偶，以防止热处理过程中测温热电偶发生故障或脱落。
4.一种不等厚度接头局部焊后热处理温度场调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加热板布置：以焊缝为中心在加热宽度范围内的热处理工件的上下两侧各布置主加热板，主加热板分为三类：厚板侧主加热板、焊缝主加热板和薄板侧主加热板；在热处理温控仪上分别对三类主加热板按照各自的加热工艺曲线进行控制；
(2)辅助加热板布置：在厚板侧紧邻厚板侧主加热板处设置辅助加热板，辅助加热板的温度通过温度补偿法进行控制，其加热温度低于厚板侧主加热板的温度；
(3)采用保温棉集成工装，将其平铺并捆扎在待热处理温度场调控区域外；
(4)对不等厚度接头进行加热：设定厚板侧主加热板的加热功率大于焊缝主加热板的加热功率，薄板侧主加热板的加热功率最小，保证三类主加热板的加热速率一致，最终使三类主加热板在同一时刻达到相同的加热温度；设定辅助加热板的加热功率，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内达到辅助加热温度；
(5)对不等厚度接头进行保温：在步骤(4)的原加热功率的基础上，降低焊缝主加热板的加热功率，其他加热板区域的加热功率保持不变；使保温区域的温度在规定的保温时间内保持不变；
(6)冷却降温：在厚板侧增加散热风扇，保证厚板侧降温速率与薄板测一致，使辅助加热板与主加热板在相同的时间内进行冷却；
(7)温度冷却至400℃后，拆除辅助加热板、厚板侧主加热板，再拆除焊缝主加热板，最后拆除薄板侧主加热板，输出热处理工艺曲线，热处理过程结束。
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