CN111304432B - 大型压力容器t型接管焊缝局部热处理加热带布置方法 - Google Patents

大型压力容器t型接管焊缝局部热处理加热带布置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊接热处理技术领域，提供了一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，包括以下步骤：1)确定T型接头各尺寸参数；2)确定主加热带宽度W；3)确定主加热带与辅助加热带轴向距离b；4)确定辅助加热带轴向宽度Wa；5)确定主加热带与辅助加热带环向距离c；6)确定辅助加热带环向宽度Mm；7)确定接管加热带宽度Wt；8)确定筒体保温棉宽度。本发明经过大量实验，巧妙设计各热处理参数，最后得出最佳T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，可以有效降低压力容器T型焊接接头内表面残余应力，以此能够最大化提高其抗应力腐蚀开裂的能力。

Description

大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法
技术领域
本发明涉及焊接热处理技术领域，具体涉及一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法。
背景技术
焊后热处理是目前消除压力容器焊接残余应力的常用方法。热处理又可分为整体热处理和局部热处理。压力容器在纵焊缝、环焊缝焊接完成后，将筒体送入加热炉中进行整体热处理，在热处理完成后，需要进行开孔，然后焊接接管，形成T型焊接接头。在焊接完成后，一般采用局部热处理降低T型焊接接头处的残余应力，以此来降低压力容器T型接头处发生应力腐蚀开裂的风险。
针对压力容器T型接头局部热处理，目前国际上通用做法为在焊接接头区域布置一定的范围的加热带，如中国压力容器标准规范中规定加热范围为通过焊缝区域的整圈压力容器区域，这一方法虽然理论可行，但是对于大型压力容器而言需要整圈布置加热带，需要的电加热功率极高，在现场难以实施，也将消耗大量的能量。在国外标准如ASME标准规范中规定可以在T型接头局部区域布置加热带，加热带宽度需要通过模拟计算确定，且容易造成局部热应力，造成局部热处理过程中焊缝区域易开裂的风险。需要采用更加合理的局部热处理加热带布置方法来降低大型压力容器T型接管处焊接残余应力。
发明内容
基于上述现有技术背景，本发明目的在于提供一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，有效降低压力容器T型焊接接头内表面残余应力，以此提高其抗应力腐蚀开裂的能力。
本发明采用以下的技术方案：
一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，包括以下步骤：
(1)确定T型接头各尺寸参数：包括压力容器筒体直径D、壁厚T，接管直径d、壁厚t，T型焊缝宽度a，则压力容器筒体半径R＝D/2，接管半径r＝d/2；
(2)确定主加热带宽度W：主加热带轴向宽度Wm与环向宽度Mm相同，主加热带沿焊缝长度方向均匀布置；若D/T≤100，主加热带宽度W取
Figure GDA0003157645690000011
若D/T>100，主加热带宽度W取
Figure GDA0003157645690000012
(3)确定主加热带与辅助加热带轴向距离b：若D/T≤100，加热带轴向距离b取
Figure GDA0003157645690000013
若D/T>100，加热带轴向距离b取
Figure GDA0003157645690000021
(4)确定辅助加热带轴向宽度Wa：若D/T≤100，辅助加热带轴向宽度Wa取
Figure GDA0003157645690000022
若D/T>100，辅助加热带轴向宽度Wa取
Figure GDA0003157645690000023
(5)确定主加热带与辅助加热带环向距离c：若D/T≤100，主加热带与辅助加热带环向距离c取
Figure GDA0003157645690000024
若D/T>100，主加热带与辅助加热带环向距离c取
Figure GDA0003157645690000025
(6)确定辅助加热带环向宽度Mm：若D/T≤100，辅助加热带环向宽度Mm取
Figure GDA0003157645690000026
若D/T>100，辅助加热带环向宽度Mm取
Figure GDA0003157645690000027
(7)确定接管加热带宽度Wt：计算压力容器筒体与接管直径比D/d，将直径比D/d进行分类，若1<D/d≤20，接管加热带不予布置；若20<D/d≤100，接管加热带宽度Wt取
Figure GDA0003157645690000028
Figure GDA0003157645690000029
若D/d>100，接管加热带宽度Wt取
Figure GDA00031576456900000210
(8)确定筒体保温棉宽度：保温棉覆盖整个主加热带、辅助加热带和其之间距离，若D/T≤100，保温棉轴向宽度等于T型焊缝到辅助加热带轴向端部距离的基础上加
Figure GDA00031576456900000211
保温棉环向宽度为覆盖筒体的一半周长；若D/T>100，保温棉轴向宽度等于T型焊缝到辅助加热带轴向端部距离的基础上加
Figure GDA00031576456900000212
保温棉环向宽度为覆盖筒体的1/4周长。
进一步地，还包括确定辅助加热带工艺：辅助加热带和接管加热带的加热速率、冷却速率与主加热带工艺一致，并与主加热带的加热时刻相同。
进一步地，辅助加热带工艺的确认中，还包括筒体辅助加热带和接管加热带的加热温度的确定：筒体辅助加热带最高加热温度为主加热带最高加热温度的70％～75％；接管加热带最高加热温度为主加热带最高加热温度的80％～90％。
本发明具有的有益效果是：
可有效的降低T型接头处焊接残余应力，降低T型接头发生应力腐蚀开裂的风险。
附图说明
图1为大型压力容器T型接管局部热处理加热的纵截面示意图；
图2为大型压力容器T型接管局部热处理加热的环向截面示意图；
图3为本发明局部热处理方法调控前后焊接接头外表面残余应力分布曲线；
图4为本发明局部热处理方法调控前后焊接接头内表面残余应力分布曲线；
图5为传统局部热处理方法后焊接接头内表面残余应力分布曲线；
图6为本发明方法中未考虑接管加热带的焊接接头内表面残余应力分布曲线；
图7为采用本发明方法规定以外加热带布置参数的焊接接头内表面残余应力分布曲线。
其中，1为接管；2为筒体主加热带；3为压力容器筒体；4为T型接头焊缝；5为筒体辅助加热带；6为主加热带轴向宽度Wm；7为接管内径d；8为接管厚度t；9为T型焊缝宽度a；10为主加热带与辅助加热带轴向距离b；11为辅助加热带轴向宽度Wa；12为压力容器筒体壁厚T；13为压力容器筒体内径D；14为主加热带与辅助加热带环向距离c；15为主加热带环向宽度Mm；16为辅助加热带环向宽度Ma；17为接管加热带；18为接管加热带宽度Wt。
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和图2，一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，包括以下步骤：
(1)确定T型接头各尺寸参数：包括压力容器筒体直径D、壁厚T，接管直径d、壁厚t，T型焊缝宽度a，则压力容器筒体半径R＝D/2，接管半径r＝d/2；
(2)确定主加热带宽度W：主加热带轴向宽度Wm与环向宽度Mm相同，主加热带沿焊缝长度方向均匀布置；若D/T≤100，主加热带宽度W取
Figure GDA0003157645690000031
若D/T>100，主加热带宽度W取
Figure GDA0003157645690000032
(3)确定主加热带与辅助加热带轴向距离b：若D/T≤100，加热带轴向距离b取
Figure GDA0003157645690000033
若D/T>100，加热带轴向距离b取
Figure GDA0003157645690000034
(4)确定辅助加热带轴向宽度Wa：若D/T≤100，辅助加热带轴向宽度Wa取
Figure GDA0003157645690000035
若D/T>100，辅助加热带轴向宽度Wa取
Figure GDA0003157645690000036
(5)确定主加热带与辅助加热带环向距离c：若D/T≤100，主加热带与辅助加热带环向距离c取
Figure GDA0003157645690000037
若D/T>100，主加热带与辅助加热带环向距离c取
Figure GDA0003157645690000038
(6)确定辅助加热带环向宽度Mm：若D/T≤100，辅助加热带环向宽度Mm取
Figure GDA0003157645690000039
若D/T>100，辅助加热带环向宽度Mm取
Figure GDA00031576456900000310
(7)确定接管加热带宽度Wt：计算压力容器筒体与接管直径比D/d，将直径比D/d进行分类，若1<D/d≤20，接管加热带不予布置；若20<D/d≤100，接管加热带宽度Wt取
Figure GDA00031576456900000311
Figure GDA00031576456900000312
若D/d>100，接管加热带宽度Wt取
Figure GDA00031576456900000313
(8)确定筒体保温棉宽度：保温棉覆盖整个主加热带、辅助加热带和其之间距离，若D/T≤100，保温棉轴向宽度等于T型焊缝到辅助加热带轴向端部距离的基础上加
Figure GDA0003157645690000041
保温棉环向宽度为覆盖筒体的一半周长；若D/T>100，保温棉轴向宽度等于T型焊缝到辅助加热带轴向端部距离的基础上加
Figure GDA0003157645690000042
保温棉环向宽度为覆盖筒体的1/4周长；
(9)确定辅助加热带工艺：筒体辅助加热带最高加热温度为主加热带最高加热温度的70％～75％；接管加热带最高加热温度为主加热带最高加热温度的80％～90％；辅助加热带和接管加热带的加热速率和冷却速率与主加热带工艺一致，并与主加热带的加热时刻相同。
实施案例1：
以某反应器为例，该压力容器筒体直径为1080mm、壁厚为28mm，接管直径为128mm、壁厚22mm，筒体和接管材料均为Q345R。筒体与接管为T型焊缝，经埋弧焊焊接而成。为有效降低T型接头根部焊接残余应力，采用本发明的压力容器中心T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，对压力容器T型接头进行局部热处理。采用有限元方法对此进行计算验证。本发明局部热处理方法调控前后焊接接头外表面和内表面残余应力分布曲线分别见图3和图4所示，发现采用本发明方法，T型焊缝外表面最大环向应力由259MPa降低至118MPa，平均降低了172MPa，最大轴向应力由185MPa降低至64MPa，平均降低了71MPa；T型焊缝内表面最大环向应力由259MPa降低至85MPa，平均降低了135MPa，最大轴向应力由113MPa降低至66MPa。证明本发明的局部热处理加热带布置方法可有效的降低T型接头处焊接残余应力，降低了T型接头发生应力腐蚀开裂的风险。
由于筒体与接管内部与介质接触，在残余应力、负载及腐蚀环境的综合影响下，接管底部容易发生应力腐蚀失效。消除T型焊接接头内表面残余应力相比外表面而言更加重要。为了对比本发明以外局部热处理方法对T型接头内表面残余应力的消除效果，传统T型接管焊缝局部热处理方法(无接管接热带、辅助加热带)得到的焊缝内表面轴向和环向残余应力分布见图5所示，与图4结果相比可以看出，传统局部热处理方法获得的环向应力和轴向应力都比本发明方法较大，最大环向应力和轴向应力分别达到了182MPa和73MPa，说明传统热处理方法对T型接管焊缝底部的残余应力消除效果不明显。
为了验证本发明方法中各类加热带布置工艺的科学性，本发明方法中未考虑接管加热带得到的焊缝内表面轴向和环向残余应力分布见图6所示，对比图4结果可以看出，未考虑接管加热带得到的环向应力和轴向应力都比本发明方法较大，且应力分布不均匀，在局部位置为拉应力，残余应力消除效果不明显，说明本发明方法以外其他加热带布置方法对T型接管焊缝底部的残余应力消除效果不明显。
为了验证本发明方法中加热带布置参数的科学性，采用本发明方法规定以外加热带布置参数得到的焊缝内表面轴向和环向残余应力分布见图7所示。同样，对比图4结果可以看出，采用本发明方法规定以外加热带布置参数得到的环向应力和轴向应力分布不均匀，且产生的残余压应力与本发明方法获得残余压应力较小，说明本发明方法以外其他加热带布置参数对T型接管焊缝底部的残余应力消除效果亦不明显。
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 (3)

1.一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定T型接头各尺寸参数：包括压力容器筒体直径D、壁厚T，接管直径d、壁厚t，T型焊缝宽度a，则压力容器筒体半径R＝D/2，接管半径r＝d/2；
(2)确定主加热带宽度W：主加热带轴向宽度Wm与环向宽度Mm相同，主加热带沿焊缝长度方向均匀布置；若D/T≤100，主加热带宽度W取
Figure FDA0003157645680000011
若D/T>100，主加热带宽度W取
Figure FDA0003157645680000012
(3)确定主加热带与辅助加热带轴向距离b：若D/T≤100，加热带轴向距离b取
Figure FDA0003157645680000013
若D/T>100，加热带轴向距离b取
Figure FDA0003157645680000014
(4)确定辅助加热带轴向宽度Wa：若D/T≤100，辅助加热带轴向宽度Wa取
Figure FDA0003157645680000015
若D/T>100，辅助加热带轴向宽度Wa取
Figure FDA0003157645680000016
(5)确定主加热带与辅助加热带环向距离c：若D/T≤100，主加热带与辅助加热带环向距离c取
Figure FDA0003157645680000017
若D/T>100，主加热带与辅助加热带环向距离c取
Figure FDA0003157645680000018
(6)确定辅助加热带环向宽度Mm：若D/T≤100，辅助加热带环向宽度Mm取
Figure FDA0003157645680000019
若D/T>100，辅助加热带环向宽度Mm取
Figure FDA00031576456800000110
(7)确定接管加热带宽度Wt：计算压力容器筒体与接管直径比D/d，将直径比D/d进行分类，若1<D/d≤20，接管加热带不予布置；若20<D/d≤100，接管加热带宽度Wt取
Figure FDA00031576456800000111
Figure FDA00031576456800000112
若D/d>100，接管加热带宽度Wt取
Figure FDA00031576456800000113
(8)确定筒体保温棉宽度：保温棉覆盖整个主加热带、辅助加热带和其之间距离，若D/T≤100，保温棉轴向宽度等于T型焊缝到辅助加热带轴向端部距离的基础上加
Figure FDA00031576456800000114
保温棉环向宽度为覆盖筒体的一半周长；若D/T>100，保温棉轴向宽度等于T型焊缝到辅助加热带轴向端部距离的基础上加
Figure FDA00031576456800000115
保温棉环向宽度为覆盖筒体的1/4周长。
2.根据权利要求1所述的一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，其特征在于，还包括确定辅助加热带工艺：辅助加热带和接管加热带的加热速率、冷却速率与主加热带工艺一致，并与主加热带的加热时刻相同。
3.根据权利要求2所述的一种大型压力容器T型接管焊缝局部热处理加热带布置方法，其特征在于，辅助加热带工艺的确认中，还包括筒体辅助加热带和接管加热带的加热温度的确定：筒体辅助加热带最高加热温度为主加热带最高加热温度的70％～75％；接管加热带最高加热温度为主加热带最高加热温度的80％～90％。
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