CN110396590B - 大型压力容器局部热处理方法 - Google Patents

大型压力容器局部热处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110396590B
CN110396590B CN201910804924.XA CN201910804924A CN110396590B CN 110396590 B CN110396590 B CN 110396590B CN 201910804924 A CN201910804924 A CN 201910804924A CN 110396590 B CN110396590 B CN 110396590B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat treatment
temperature
welding
heating
key
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910804924.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110396590A (zh
Inventor
蒋文春
金强
罗云
高腾
涂善东
宴桂珍
王刚
杨中伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Nuclear Power Equipment Manufacturing Co ltd
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN201910804924.XA priority Critical patent/CN110396590B/zh
Publication of CN110396590A publication Critical patent/CN110396590A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110396590B publication Critical patent/CN110396590B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明提供了一种大型压力容器局部热处理方法，包括热处理施工方案的确定和热处理施工；热处理施工方案的确定包括：确定热处理工艺；数值模拟；根据数值模拟提供理论指导，对热处理过程中产生的不利危害采取不同的措施；关键部位及关键时间节点的实验监测；热处理施工包括：1)热处理前：热处理文件、人员及设备的就绪；焊缝表面圆滑过渡及焊缝清理；热电偶的点焊及其连线；加热片的铺设与固定；保温棉工装的就位固定；2)热处理实施：设置热处理曲线；通电升温；热处理保温温度的调节；热处理保温；降温；3)热处理后：热处理数据的导出与保存；拆除热处理工装，完成大型压力容器局部热处理过程。

Description

大型压力容器局部热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种大型压力容器局部热处理方法。
背景技术
随着我国重大领域大型装备制造能力提升，越来越多的大型压力容器广泛应用于石油化工(超限塔器)、能源储备(大型油库)、隧道钻掘(全断面隧道掘进机)等领域。例如，在石油化工领域，80％以上新增炼厂能力都超过了千万吨，不乏2000万吨、4000万吨这样的超级大炼油项目，带来压力容器超大化，尺寸不断突破世界记录。此类容器的制造与安全意义重大。
大型压力容器由于受热处理炉体积的限制无法采用整体热处理，只能采用局部热处理。局部热处理是消除此类设备残余应力的一种方法。然而，由于在理论上缺乏可靠的计算方法、可用的测试手段以及可行的调控依据，时有大型插入板由于焊缝过量变形而开裂，国内外设计标准均未科学解决。其次，对于大型设备的局部热处理，缺少完整的规范要求。实际中，大多数设备制造厂只是进行了局部热处理，而对于热处理实际效果不得而知，没有数据支撑和验证。
发明内容
基于上述背景，本发明提供了一种比较全面的、完整的局部热处理方法，用以指导和评估大型压力容器局部热处理。
本发明采用以下的技术方案：
一种大型压力容器局部热处理方法，包括热处理施工方案的确定和热处理施工；
一、所述热处理施工方案的确定包括以下步骤：
步骤1.确定热处理工艺；
进一步地，步骤1中所述确定热处理工艺为根据标准确定热处理的关键工艺参数：升降温速率控制、保温时间、保温温度、加热区、保温区的宽度和单双面加热方式的选择。
进一步地，所述标准为GB150或ASMEB&PV规范第Ⅲ卷。
步骤2.数值模拟；
进行模拟件的热处理实验，模拟件采用与产品相同材质、相同厚度的钢板拼装焊接而成，所采用的热处理工艺与步骤1的热处理工艺一致，获得模拟件的垂直焊缝的温度场梯度，作为具体结构进行温度场模拟的输入条件，进而通过有限元数值模拟方法评估具体结构热处理消除残余应力的效果以及产生的不利危害；
步骤3.根据数值模拟提供理论指导，对热处理过程中产生的不利危害采取不同的措施，得到具体的热处理施工方案；
进一步地，步骤3中，不利危害包括焊缝处的变形、不等厚焊接接头在焊缝熔合线产生裂纹、不等厚焊接接头在降温过程中不协调变形。
进一步地，步骤3中，对于超大尺寸的不等厚焊接接头进行局部热处理时，采用分段对称热处理和/或采用对焊缝装加焊接防变形工装；对于尺寸相差较大的不等厚接头，在厚板侧铺设辅助加热片。
通过数值模拟优化关键工艺参数、热处理方式和/或具体的加固措施得到具体的热处理施工方案；
上述技术方案步骤3中，热处理过程中产生的不利影响主要包括：采用局部热处理的方式，热处理保温阶段焊缝处易产生巨量的变形，尤其对于不等厚焊接接头，易在焊缝熔合线产生裂纹；降温过程中，不等厚焊接接头变形不协调，易产生较大残余变形影响产品质量。针对以上问题，通过数值模拟提供理论指导，采取不同的措施。
主要包括：对于超大尺寸的不等厚焊接接头进行局部热处理时，为了降低热处理过程中的变形以及残余变形，可以采用分段对称热处理，也可以采用对焊缝焊接防变形工装(焊接强化结构)，或者两种措施同时进行。尤其对于尺寸相差较大的不等厚接头，需要在厚板侧铺设辅助加热片，促进升温的同时减少有害的温度梯度。这些措施能有效保护主焊缝并降低主焊缝在热处理过程中开裂风险。
步骤4.关键部位及关键时间节点的实验监测；
进一步地，步骤4中，关键部位及关键时间节点的实验包括热处理过程中关键部位处焊缝变形测量、热处理前后的无损检测以及热处理前后关键部位同一位置残余应力变化情况。
进一步地，针对热处理过程中关键部位处焊缝变形测量，根据热处理工艺曲线确定关键时间节点，结合数值模拟结果确定关键区域的典型部位，布置梯度测点。
上述技术方案步骤4中，热处理的主要目的是为了消除残余应力。热处理不当容易产生较大残余变形甚至开裂。据此，确保热处理效果及顺利进行，主要进行的实验有：热处理过程中关键部位处焊缝变形测量、热处理前后的无损检测以及热处理前后关键部位同一位置残余应力变化情况。针对变形测量，根据热处理工艺曲线确定关键时间节点，结合数值模拟结果确定关键区域的典型部位，布置梯度测点。目的是了解区部变形情况以及整体变形趋势，同时也是对数值模拟的一个验证。
二、所述热处理施工包括以下步骤：
(1)热处理前
步骤5.热处理文件、人员及设备的就绪；
上述技术方案步骤5中，热处理文件主要包括施工图纸及相关的技术文件、施工方案、焊接工艺规程等；热处理人员任务明确，主要包括及时的热处理操作及准确、完整的记录，包括各种突发事故，如较大的响声、热电偶的异常脱落；热处理设备主要包括：工装、设备及工机具准备，确保关键设备如加热导线、温度补偿导线、热电偶、温控箱、无纸记录仪(具有声光报警功能)等状态良好；除此之外，确保处理天气状况良好、电力供应可靠保障。
步骤6.焊缝表面圆滑过渡及焊缝清理；
对焊缝与母材的过渡区，再进行一层盖面焊，包裹住熔合线；对有沟槽的地方进行补焊；
在上述措施的基础上，对焊缝进行抛光打磨；
上述技术方案步骤6中，根据数值模拟以及现场实际发现，焊缝圆滑程度一定程度上影响热处理过程中焊缝的完整性。可采取以下措施：对焊缝与母材的过渡区，再进行一层盖面焊，包裹住熔合线；对有沟槽的地方进行补焊。在上述措施的基础上，对焊缝进行抛光打磨。打磨的标准是焊缝与母材实现圆滑过渡，不存在应力集中。热处理时，焊缝及焊缝两侧各300mm范围内应无油脂、机加工液体、检测用残留物和其它在加热后会对壳体材料有害的污染物。
步骤7.进行步骤4所述关键部位及关键时间节点的实验；
进一步地，对焊缝进行无损检测，确保热处理前焊缝的完整性；选取典型位置采用压痕应力测试仪或便携X射线应力仪进行表面应力测量，以便评估热处理前后的残余应力的变化；对关键区域的典型部位采用全站仪进行变形测量。
步骤8.根据步骤3，对具有加固措施的情况，垂直焊缝焊接防变形工装，实现刚-柔协同调控；
步骤9.热电偶的点焊及其连线；
热电偶包括焊缝处的测温热电偶和加热片上控温热电偶；所述测温热电偶布置在热处理钢板上，控温热电偶布置在加热片的最高温度区域；
根据测温热电偶的布置图，在焊缝点焊位置进行划线、点焊以及测温热电偶与无纸记录仪的接线；
上述技术方案步骤9中，热电偶包括两类热电偶：焊缝处的测温热电偶和加热片上控温热电偶。测温热电偶布置在热处理钢板上，控温热电偶布置在加热片的最高温度区域。根据测温热电偶的布置图，在焊缝点焊位置进行划线、点焊以及测温热电偶与无纸记录仪的接线，在接线过程中对热电偶的导通情况进行检查，防止热电偶点焊存在不牢固或脱落的情况，并对有问题的热电偶进行更换。同时也可进行对应加热片控温热电偶的点焊与连线，并检查确认导通良好。
热电偶在接线时，应将热电偶逐一编号，该编号应同时贴在热电偶所接的温度补偿导线的两端及无纸记录仪或温控箱的显示通道上，以防止热电偶错接、漏接，保证测/控温的准确性。为了避免热电偶失效造成热处理中断，导致重复加热而降低材料性能和引起较大残余变形，在热处理时所有热电偶都设置备用热电偶。
步骤10.加热片的铺设与固定；
在加热片工装外侧使用扁钢压紧固定，用以保证加热片与钢板贴合；对于不易升温的位置，铺设辅助加热片作为备用；
上述技术方案步骤10中，加热片就位后先不进行固定，再次核实所有的测温和控温热电偶的接线状态是否良好。如均无问题，则进行加热片的固定。在加热片工装外侧使用扁钢压紧固定或其他方式，保证加热片与钢板贴合良好；对于不易升温的位置，铺设辅助加热片作为备用。
步骤11.保温棉工装的就位固定；
上述技术方案步骤11中，加热片工装固定后，即可进行保温棉工装的就位及固定。保温棉工装的铺设时，要注意避免碰到已固定好的加热片及导线，务必保证保温棉工装与筒体贴合良好。
(2)热处理实施
步骤12.设置热处理曲线；
根据优化后的热处理工艺卡，设置温控箱的热处理曲线并开启电源；根据步骤4确定的关键时间节点，进行关键区域典型部位的变形测量；
步骤13.通电升温；
设置好升温时间，升温过程结束后恒温1～2小时；
上述技术方案步骤13中，设置好升温时间。升温过程结束后(控温热电偶到达保温范围下限时，如600℃)，应恒温1～2小时使钢板上各个点的温度趋于稳定。
步骤14：热处理保温温度的调节；
进一步地，步骤14中，加热片采用小范围步进式多点分区升温方法，将钢板上测温点的温度向热处理的温度范围调节，包括以下步骤：
将对应加热片测温点的温度均调至600℃以下的某个温度点，待所有的测温点都稳定在此温度点10min～20min后，将对应的加热片加温5℃～10℃，直至温度升至热处理的温度范围。
上述技术方案步骤14中，由于加热面积大所需的加热片较多，升温范围窄，升温不易控制，防止钢板最高温度超过热处理最高温度，宜采用手动调节温控箱进行升温。
通过加热片采用小范围步进式多点分区升温方法，将钢板上测温点的温度向热处理的温度范围(例如600℃～625℃)调节。具体方法如下：首先将对应加热片测温点的温度均调至600℃以下的某个温度点(如585℃、590℃等)，待所有的测温点都稳定在此温度点一段时间(10min～20min)后，再将对应的加热片加温若干摄氏度，将其温度升至热处理的温度范围。每次调升的温度不易过大(建议每次5℃、10℃的向上调节，越接近保温温度范围，向上调节的温度越小，升温最大不宜超过20℃)，且每调节一次温度后需等待10min～20min，待温度稳定后方可进行下一次升温调节。
采用双面加热时，对应加热区域的加热片同时加温。
步骤15.热处理保温；
进一步地，步骤15中，在整体分段的基础上，温度的控制采用局部连续区域分段分区控制，分段分区控制区域钢板上所有需考核的测温点温度均进入保温温度范围后，开始计时，确保筒体所有焊缝单次热处理循环的保温时间均达到标准要求的保温时间；同时设置好降温开始时间。
上述技术方案步骤15中，保温阶段，观察测温热电偶温度，对于接近保温范围的下限测温点，调升对应加热片的控温温度，对于接近保温范围的上限测温点，调低对应加热片的控温温度，以此使温度维持在保温范围之内。
待钢板上所有需考核的测温点的温度均进入保温温度在实际中需要较长的调节时间，可以采用以下处理方法来解决：在整体分段的基础上，温度的控制采用局部连续区域分段分区控制，分段分区控制区域钢板上所有需考核的测温点温度均进入保温温度范围后即可开始计时，确保筒体所有焊缝单次热处理循环的保温时间均达到标准要求的保温时间即可。同时设置好降温开始时间。
步骤16.降温；
上述技术方案步骤16中，保温结束后将自动开始降温，根据热处理工艺卡设置降温速率。
(3)热处理后
步骤17.热处理数据的导出与保存；
上述技术方案步骤17中，数据拷出时应同时记录无纸记录仪的编号，整理、编制热处理记录。
步骤18.拆除加热片、热电偶、保温棉工装及防变形工装，完成大型压力容器局部热处理过程。
进一步地，热处理防变形工装拆除前后，对热处理焊缝及点固区域进行无损检验；对关键部位同一位置残余应力的测量；对关键区域典型部位的变形测量。
上述技术方案步骤18中，热处理工装及加热片拆除后，步骤17和步骤18可以同时进行。
步骤19.评估与总结
结合热处理过程中的温度数据，变形数据，应力数据以及无损检测结果，综合评估热处理效果及结果并进行热处理总结。
本发明具有的有益效果是：
所采用的分段对称热处理、焊接强化结构、铺设辅助加热片，是减少热处理过程中焊缝开裂的一个主要技术手段。
所采用的热处理前对焊缝表面圆滑过渡技术，是减少热处理过程中焊缝开裂的一个重要技术手段。
所采用小范围步进式多点分区升温方法，是实现热处理保温温度精准调控的重要方法。
所提供的一种比较全面的、完整的局部热处理方法，用以指导和评估大型压力容器热处理。
附图说明
图1为大型压力容器局部热处理的流程图；
图2为局部焊后热处理温度场调控的示意图；
图3为实施案例1模拟所采用的有限元模型；
图4为实施案例1插入板下部焊缝处某点径向变形随时间变化的曲线；
图5为实施案例1插入板下部路径P1的热处理前后应力分布情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
参阅图1，一种大型压力容器局部热处理方法，包括热处理施工方案的确定和热处理施工；
一、所述热处理施工方案的确定包括以下步骤：
步骤1.确定热处理工艺
步骤1中所述确定热处理工艺为根据标准确定热处理的关键工艺参数：升降温速率控制、保温时间、保温温度。根据文献及相关热处理案例初步确定加热区、保温区的宽度以及单双面加热方式的选择。
所述标准为GB150或ASMEB&PV规范第Ⅲ卷。
步骤2.数值模拟
进行模拟件的热处理实验。模拟件采用与产品相同材质、相同厚度的钢板拼装焊接而成，所采用的热处理工艺与步骤(1)的热处理工艺一致。以此获得模拟件的垂直焊缝的温度场梯度，作为具体结构进行温度场模拟的输入条件，进而通过有限元数值模拟方法评估具体结构热处理消除残余应力的效果以及产生的不利危害；
步骤3.根据数值模拟提供理论指导，对热处理过程中产生的不利危害采取不同的措施
热处理过程中产生的不利影响主要包括：采用局部热处理的方式，热处理保温阶段焊缝处易产生巨量的变形，尤其对于不等厚焊接接头，易在焊缝熔合线产生裂纹；降温过程中，不等厚焊接接头变形不协调，易产生较大残余变形影响产品质量。针对以上问题，通过数值模拟提供理论指导，采取不同的措施。
主要包括：对于超大尺寸的不等厚焊接接头进行局部热处理时，为了降低热处理过程中的变形以及残余变形，可以采用分段对称热处理，也可以采用对焊缝焊接防变形工装(焊接强化结构)，或者两种措施同时进行。尤其对于尺寸相差较大的不等厚接头，需要在厚板侧铺设辅助加热片，促进升温的同时减少有害的温度梯度。这些措施能有效保护主焊缝并降低主焊缝在热处理过程中开裂风险。
通过数值模拟进一步优化关键工艺参数、热处理方式及具体的加固措施得到具体的热处理施工方案；
步骤4.关键部位及关键时间节点的实验监测
热处理的主要目的是为了消除残余应力。热处理不当容易产生较大残余变形甚至开裂。据此，确保热处理效果及顺利进行，主要进行的实验有：热处理过程中关键部位处焊缝变形测量、热处理前后的无损检测以及热处理前后关键部位同一位置残余应力变化情况。针对变形测量，根据热处理工艺曲线确定关键时间节点，结合数值模拟结果确定关键区域的典型部位，布置梯度测点。目的是了解区部变形情况以及整体变形趋势，同时也是对数值模拟的一个验证。
二、所述热处理施工包括以下步骤：
(1)热处理前
步骤5.热处理文件、人员及设备的就绪
热处理文件主要包括施工图纸及相关的技术文件、施工方案、焊接工艺规程等；热处理人员任务明确，主要包括及时的热处理操作及准确、完整的记录，包括各种突发事故，如较大的响声、热电偶的异常脱落；热处理设备主要包括：工装、设备及工机具准备，确保关键设备如加热导线、温度补偿导线、热电偶、温控箱、无纸记录仪(具有声光报警功能)等状态良好；除此之外，确保处理天气状况良好、电力供应可靠保障。
步骤6.焊缝表面圆滑过渡及焊缝清理
根据数值模拟以及现场实际发现，焊缝圆滑程度一定程度上影响热处理过程中焊缝的完整性。可采取以下措施：对焊缝与母材的过渡区，再进行一层盖面焊，包裹住熔合线；对有沟槽的地方进行补焊。在上述措施的基础上，对焊缝进行抛光打磨。
打磨的标准是焊缝与母材实现圆滑过渡，不存在应力集中。热处理时，焊缝及焊缝两侧各300mm范围内应无油脂、机加工液体、检测用残留物和其它在加热后会对壳体材料有害的污染物；
步骤7.进行步骤4所重点关注的相关实验
对焊缝进行无损检测，确保热处理前焊缝的完整性；选取典型位置采用压痕应力测试仪或便携X射线应力仪进行表面应力测量，以便评估热处理前后的残余应力的变化；对关键区域的典型部位采用全站仪进行变形测量。
步骤8.根据步骤3，对具有加固措施的情况，垂直焊缝焊接防变形工装，实现刚-柔协同调控。
步骤9.热电偶的点焊及其连线
热电偶包括两类热电偶：焊缝处的测温热电偶和加热片上控温热电偶。测温热电偶布置在热处理钢板上，控温热电偶布置在加热片的最高温度区域。根据测温热电偶的布置图，在焊缝点焊位置进行划线、点焊以及测温热电偶与无纸记录仪的接线，在接线过程中要对热电偶的导通情况进行检查，防止热电偶点焊存在不牢固或脱落的情况，并对有问题的热电偶进行更换。同时也可进行对应加热片控温热电偶的点焊与连线，并检查确认导通良好。
热电偶在接线时，应将热电偶逐一编号，该编号应同时贴在热电偶所接的温度补偿导线的两端及无纸记录仪或温控箱的显示通道上，以防止热电偶错接、漏接，保证测/控温的准确性。为了避免热电偶失效造成热处理中断，导致重复加热而降低材料性能和引起较大残余变形，在热处理时所有热电偶都设置备用热电偶。
步骤10.加热片的铺设与固定
加热片就位后先不进行固定，再次核实所有的测温和控温热电偶的接线状态是否良好。如均无问题，则进行加热片的固定。在加热片工装外侧使用扁钢压紧固定或其他方式，保证加热片与钢板贴合良好；对于不易升温的位置，铺设辅助加热片作为备用。
步骤11.保温棉工装的就位固定
加热片工装固定后，即可进行保温棉工装的就位及固定。保温棉工装的铺设时，要注意避免碰到已固定好的加热片及导线，务必保证保温棉工装与筒体贴合良好；
(2)热处理实施
步骤12.设置热处理曲线
根据优化后的热处理工艺卡，设置温控箱的热处理曲线并开启电源。根据步骤4确定的关键时间节点，进行关键区域典型部位的变形测量。
步骤13.通电升温
设置好升温时间。升温过程结束后(控温热电偶到达保温范围下限时)，应恒温1～2小时使钢板上各个点的温度趋于稳定；
步骤14.热处理保温温度的调节及热处理保温
热处理保温温度的调节：
由于加热面积大所需的加热片较多，升温范围窄，升温不易控制，防止钢板最高温度超过热处理最高温度，宜采用手动调节温控箱进行升温。通过加热片采用小范围步进式多点分区升温方法，将钢板上测温点的温度向热处理的温度范围(例如600℃～625℃)调节。具体方法如下：首先将对应加热片测温点的温度均调至600℃以下的某个温度点(如585℃、590℃等)，待所有的测温点都稳定在此温度点一段时间(10min～20min)后，再将对应的加热片加温若干摄氏度，将其温度升至热处理的温度范围。每次调升的温度不易过大(建议每次5℃、10℃的向上调节，越接近保温温度范围，向上调节的温度越小，升温最大不宜超过20℃)，且每调节一次温度后需等待10min～20min，待温度稳定后方可进行下一次升温调节。采用双面加热时，对应加热区域的加热片同时加温。
热处理保温：
保温阶段，观察测温热电偶温度，对于接近保温范围的下限测温点，调升对应加热片的控温温度，对于接近保温范围的上限测温点，调低对应加热片的控温温度，以此使温度维持在保温范围之内。待钢板上所有需考核的测温点的温度均进入保温温度在实际中需要较长的调节时间，可以采用以下处理方法来解决：在整体分段的基础上，温度的控制采用局部连续区域分段分区控制，分段分区控制区域钢板上所有需考核的测温点温度均进入保温温度范围后即可开始计时，确保筒体所有焊缝单次热处理循环的保温时间均达到标准要求的保温时间即可。同时设置好降温开始时间。
步骤15.降温
保温结束后将自动开始降温，根据热处理工艺卡控制降温速率，完成热处理。
(3)热处理后
步骤16.热处理数据的导出与保存
数据拷出时应同时记录无纸记录仪的编号，整理、编制热处理记录。
步骤17.拆除加热片、热电偶、保温棉工装及防变形工装等
热处理防变形工装拆除前后，对热处理焊缝及点固区域进行无损检验；对关键部位同一位置残余应力的测量；对关键区域典型部位的变形测量。
步骤18.评估与总结
结合热处理过程中的温度数据，变形数据，应力数据以及无损检测结果，综合评估热处理效果及结果并进行热处理总结。
下面结合具体应用实例对本发明作进一步说明：
实施例1
采用本发明方法对某设备制造厂制造的超大型压力容器大型插入板与筒体对接焊缝进行局部热处理，该超大型压力容器筒体厚度50mm，直径40m，插入板为“圆形”插入板，厚度120mm，直径约8m。通过本申请方法首先确定该超大型压力容器大型插入板局部热处理关键工艺参数，进行模拟件的热处理实验。模拟件采用与实际待进行热处理的产品相同材质、相同厚度的钢板拼装焊接而成，采取的热处理工艺均与现场实际热处理结构相同。将此模拟件所得到的热处理温度场作为实际热处理结构数值模拟的热处理温度场的输入进行焊接热处理模拟。其中热处理方式采用整圈一次热处理，模拟结果表明：采用该热处理方式，插入板上下部位热处理过程中变形较大，易产生开裂风险。通过模拟优化最终的热处理工艺为：采用六段三次热处理的基础上焊接强化结构方式较优，从变形及应力角度均表明热处理效果明显。
热处理前对焊缝进行表面圆滑过渡、热电偶的点焊及其连线、加热片的铺设与固定等步骤，其中图2为局部焊后热处理温度场调控的示意图。设置升温速率进行升温，采用小范围步进式多点分区升温方法，将钢板上测温点的温度向热处理的温度范围调节，进行保温，设置降温速率进行降温，完成热处理。热处理过程中的重点关注的实验有：热处理前后同一位置进行压痕残余应力测试；热处理过程中的变形测量。
图3为模拟所采用的有限元模型。图4为插入板下部焊缝处某点径向变形随时间变化的曲线，由图可以看出，局部热处理效果模拟的和实验测试较吻合。图5插入板下部路径P1的热处理前后应力分布情况。由图可以看出，采用本发明的局部焊后热处理方法，焊接接头的残余应力得到了很大程度的改善，轴向应力和环向应力降低效果明显，由拉应力变为压应力。综合所述，采用本发明的热处理方法，在避免插入板主焊缝的开裂风险的同时确保热处理消除残余应力的目的。
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 (10)

1.一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，包括热处理施工方案的确定和热处理施工；
一、所述热处理施工方案的确定包括以下步骤：
步骤1.确定热处理工艺；
步骤2.数值模拟
进行模拟件的热处理实验，模拟件采用与产品相同材质、相同厚度的钢板拼装焊接而成，所采用的热处理工艺与步骤1的热处理工艺一致，获得模拟件垂直焊缝的温度场梯度，作为具体结构进行温度场模拟的输入条件，进而通过有限元数值模拟方法评估具体结构热处理消除残余应力的效果以及产生的不利危害；
步骤3.根据数值模拟提供理论指导，对热处理过程中产生的不利危害采取不同的措施，得到具体的热处理施工方案
对于超大尺寸的不等厚焊接接头进行局部热处理时，采用分段对称热处理和/或采用对焊缝装加焊接防变形工装；对于尺寸相差较大的不等厚接头，在厚板侧铺设辅助加热片；
通过数值模拟优化关键工艺参数、热处理方式和/或具体的加固措施得到具体的热处理施工方案；
步骤4.关键部位及关键时间节点的实验监测；
二、所述热处理施工包括以下步骤：
(1)热处理前
步骤5.热处理文件、人员及设备的就绪；
步骤6.焊缝表面圆滑过渡及焊缝清理
对焊缝与母材的过渡区，再进行一层盖面焊，包裹住熔合线；对有沟槽的地方进行补焊；
在上述措施的基础上，对焊缝进行抛光打磨；
步骤7.进行步骤4所述关键部位及关键时间节点的实验；
步骤8.根据步骤3，对具有加固措施的情况，垂直焊缝焊接防变形工装，实现刚-柔协同调控；
步骤9.热电偶的点焊及其连线
热电偶包括焊缝处的测温热电偶和加热片上控温热电偶；所述测温热电偶布置在热处理钢板上，控温热电偶布置在加热片的最高温度区域；
根据测温热电偶的布置图，在焊缝点焊位置进行划线、点焊以及测温热电偶与无纸记录仪的接线；
步骤10.加热片的铺设与固定
在加热片工装外侧使用扁钢压紧固定，用以保证加热片与钢板贴合；对于不易升温的位置，铺设辅助加热片作为备用；
步骤11.保温棉工装的就位固定；
(2)热处理实施
步骤12.设置热处理曲线
根据优化后的热处理工艺卡，设置温控箱的热处理曲线并开启电源；根据步骤4确定的关键时间节点，进行关键区域典型部位的变形测量；
步骤13.通电升温
设置好升温时间，升温过程结束后恒温1～2小时；
步骤14：热处理保温温度的调节；
步骤15.热处理保温；
步骤16.降温；
(3)热处理后
步骤17.热处理数据的导出与保存；
步骤18.拆除加热片、热电偶、保温棉工装及防变形工装，完成大型压力容器局部热处理过程。
2.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤1中所述确定热处理工艺为根据标准确定热处理的关键工艺参数：升降温速率控制、保温时间、保温温度、加热区、保温区的宽度和单双面加热方式的选择。
3.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤3中，不利危害包括焊缝处的变形、不等厚焊接接头在焊缝熔合线产生裂纹、不等厚焊接接头在降温过程中不协调变形。
4.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤4中，关键部位及关键时间节点的实验包括热处理过程中关键部位处焊缝变形测量、热处理前后的无损检测以及热处理前后关键部位同一位置残余应力变化情况。
5.根据权利要求4所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，针对热处理过程中关键部位处焊缝变形测量，根据热处理工艺曲线确定关键时间节点，结合数值模拟结果确定关键区域的典型部位，布置梯度测点。
6.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤7中，对焊缝进行无损检测，确保热处理前焊缝的完整性；选取典型位置采用压痕应力测试仪或便携X射线应力仪进行表面应力测量，以便评估热处理前后的残余应力的变化；对关键区域的典型部位采用全站仪进行变形测量。
7.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤14中，加热片采用小范围步进式多点分区升温方法，将钢板上测温点的温度向热处理的温度范围调节，包括以下步骤：
将对应加热片测温点的温度均调至600℃以下的某个温度点，待所有的测温点都稳定在此温度点10min～20min后，将对应的加热片加温5℃～10℃，直至温度升至热处理的温度范围。
8.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤15中，在整体分段的基础上，温度的控制采用局部连续区域分段分区控制，分段分区控制区域钢板上所有需考核的测温点温度均进入保温温度范围后，开始计时，确保筒体所有焊缝单次热处理循环的保温时间均达到标准要求的保温时间；同时设置好降温开始时间。
9.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，步骤18中，热处理防变形工装拆除前后，对热处理焊缝及点固区域进行无损检验；对关键部位同一位置残余应力的测量；对关键区域典型部位的变形测量。
10.根据权利要求1所述的一种大型压力容器局部热处理方法，其特征在于，完成大型压力容器局部热处理过程后，还包括评估与总结步骤，所述评估与总结步骤为结合热处理过程中的温度数据、变形数据、应力数据以及无损检测结果，综合评估热处理效果及结果并进行热处理总结。
CN201910804924.XA 2019-08-29 2019-08-29 大型压力容器局部热处理方法 Active CN110396590B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910804924.XA CN110396590B (zh) 2019-08-29 2019-08-29 大型压力容器局部热处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910804924.XA CN110396590B (zh) 2019-08-29 2019-08-29 大型压力容器局部热处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110396590A CN110396590A (zh) 2019-11-01
CN110396590B true CN110396590B (zh) 2020-12-08

Family

ID=68329452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910804924.XA Active CN110396590B (zh) 2019-08-29 2019-08-29 大型压力容器局部热处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110396590B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111286597B (zh) * 2020-03-20 2021-02-26 中国石油大学(华东) 主副加热调控残余应力局部热处理方法
RU2745915C1 (ru) * 2020-03-25 2021-04-02 Акционерное общество "Инжиниринговая компания "АЭМ-технологии" (АО "АЭМ-технологии") Способ местной термической обработки сварных соединений
CN112176175A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 中国石油化工股份有限公司 一种tp347厚壁管道稳定化热处理方法
CN112859969B (zh) * 2021-01-07 2021-12-07 巨尔（昆山）光电照明有限公司 用于喷涂产线的红外辐射温度控制方法
CN113109160B (zh) * 2021-04-07 2022-10-04 南京金创有色金属科技发展有限公司 一种超设计使用年限压力容器安全评估技术方法
CN113523656B (zh) * 2021-07-05 2023-01-17 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种结构件焊接反变形设计方法
CN114182088B (zh) * 2021-12-08 2023-10-13 中国石油大学(华东) 降低管壳式换热器换热管与管板焊接接头应力腐蚀开裂风险的局部热处理方法
CN114438286B (zh) * 2022-01-13 2023-05-26 西安石油大学 热处理试板模拟不同材料过程设备热处理工艺的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8058591B2 (en) * 2007-03-30 2011-11-15 United Technologies Corp. Systems and methods for providing localized heat treatment of gas turbine components
US9085811B2 (en) * 2010-04-09 2015-07-21 Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. Method for improving residual stress in pipe and method for construction management
CN102732706B (zh) * 2012-06-12 2014-07-02 马钢(集团)控股有限公司 一种用于大型锻焊件的局部退火装置及其退火方法
CN105200224B (zh) * 2015-11-10 2018-01-05 山东核电设备制造有限公司 一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法
CN109777942B (zh) * 2019-01-31 2020-06-02 中国石油大学(华东) 超大型压力容器局部焊后热处理焊接应力与变形调控方法
CN109722525B (zh) * 2019-02-20 2020-07-03 山东核电设备制造有限公司 一种降低超大压力容器大型插入板焊后热处理过程中焊缝开裂风险的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110396590A (zh) 2019-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110396590B (zh) 大型压力容器局部热处理方法
CN110530541B (zh) 一种可精确模拟大型压力容器焊后热处理温度场计算方法
Mirzaee-Sisan et al. Residual stress in pipeline girth welds-A review of recent data and modelling
CN111286597B (zh) 主副加热调控残余应力局部热处理方法
CN105200224B (zh) 一种调质材料制超大型容器的局部焊后热处理方法
CN102756235A (zh) 一种特别适于厚壁铸钢件中较大及贯穿型缺陷的现场焊接修复方法
CN101870031B (zh) 炉管与异种钢焊接施工方法
CN112725572B (zh) 主副感应加热局部热处理方法
CN102560057A (zh) 一种热轧无缝钢管的热处理工艺方法及系统
CN105414902A (zh) 核设备封头的制造方法
CN109182722B (zh) 大型压力容器外整体焊后热处理方法
CN112214920A (zh) 一种管道损伤后lbb评估处理方法
WO2023231407A1 (zh) 一种cb2铸钢件运行状态监督管理方法
CN113567501A (zh) 管板堵头焊缝熔深均匀性与裂纹的非破坏测试方法及装置
Rybicki et al. A computational model for improving weld residual stresses in small diameter pipes by induction heating
Guo et al. Mechanical properties of butt weldments made with q345b steel and e5015 electrodes at different temperatures
CN105127557B (zh) 低温环境下海洋工程大厚钢板的药芯气体保护焊返修工艺
Segle et al. Numerical investigation of creep crack growth in cross‐weld CT specimens. Part I: influence of mismatch in creep deformation properties and notch tip location
CN112176175A (zh) 一种tp347厚壁管道稳定化热处理方法
CN114247961B (zh) Sa-335 p11与sa-240type310s异种钢材焊接及热处理方法
CN113201627B (zh) 大型调质钢压力容器内壁补焊后局部热处理方法
Karimihaghighi et al. FFS master software for fitness-for-service assessment of hydrogen induced cracking equipment based on API 579-1/ASME FFS-1
CN110227911A (zh) 特大口径三通及四通压制制备工艺
CN114518383B (zh) 模拟压力容器进行热处理的试板及进行热处理试验的方法
Zhang et al. Weld Residual Stress in Large Diameter Nuclear Nozzles

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Jiang Wenchun

Inventor after: Jin Qiang

Inventor after: Luo Yun

Inventor after: Gao Teng

Inventor after: Tu Shandong

Inventor after: Yan Guizhen

Inventor after: Wang Gang

Inventor after: Yang Zhongwei

Inventor before: Jiang Wenchun

Inventor before: Jin Qiang

Inventor before: Luo Yun

Inventor before: Gao Teng

Inventor before: Tu Shandong

Inventor before: Yan Guizhen

Inventor before: Wang Gang

Inventor before: Yang Zhongwei

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220826

Address after: 266580 No. 66 Changjiang West Road, Huangdao District, Qingdao, Shandong.

Patentee after: CHINA University OF PETROLEUM (EAST CHINA)

Patentee after: SHANDONG NUCLEAR POWER EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd.

Address before: 266580 No. 66 Changjiang West Road, Huangdao District, Qingdao, Shandong.

Patentee before: CHINA University OF PETROLEUM (EAST CHINA)