CN114774667B - 一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，涉及焊后热处理技术领域。包括：获取电站集箱的焊后热处理温度；获取电站集箱对接管产生的推力以及电站集箱热处理区域的热膨胀量；获取接管由于电站集箱的热膨胀而弯曲产生的回弹力；获取接管沿电站集箱轴向的焊口处的最大应力；将该应力与设定数值进行比较，若大于等于设定数值，则减少需要同时进行焊后热处理的接管数量，并根据接管数量减少后的参数继续计算接管焊口处的最大应力，直至满足该最大应力小于设定数值这一条件；根据上述得到的能够同时进行焊后热处理的接管数量，进行焊后热处理。本发明能够对焊后热处理的焊口数量进行合理选择，从而减少角焊缝发生的开裂。

Description

一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法

技术领域

本发明涉及焊后热处理技术领域，具体而言，涉及一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法。

背景技术

电站集箱是电站发电系统中起着汇集和分配作用的主要部件，然而，水冷壁管道与电站集箱的焊接焊口却常在电站检修期间发现裂纹，而需要频繁焊接更换。其中，电站集箱与接管之间通常为角焊缝，由于电站集箱存在着大量的接管，故导致这类角焊缝的工作量十分巨大，一旦施工人员在紧张的工期内接到大量的焊接热处理工作安排时，则不得不需要同时进行大量的焊口焊后热处理。但是，大量焊口焊后热处理的同时进行，不仅会导致焊口开裂，甚至会影响到电站的计划启动时间，从而打乱电站的检修计划。因此，选择不合理数量的焊口进行焊后热处理是导致焊缝在热处理过程中发生开裂的重要原因之一。

在目前相关电力标准中没有对电站集箱与接管角焊缝焊后热处理数量做出要求的前提下，迫切需要一种能够选择合适数量角焊缝焊口进行焊后热处理的方法，以减少电站集箱与接管角焊缝在热处理过程中的开裂几率，从而有效保证焊缝的质量和提高电站检修的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，以解决选择不合理数量的焊口进行焊后热处理，从而导致角焊缝在热处理过程中发生开裂的技术问题。

本发明提供的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，包括如下步骤：获取电站集箱的焊后热处理温度；获取电站集箱对接管产生的推力F_t以及电站集箱热处理区域的热膨胀量△L，其中，△L＝α·△T·L，α为电站集箱金属材料的线膨胀系数；△T为电站集箱焊后热处理的温升；L为电站集箱焊后热处理长度；获取接管由于电站集箱的热膨胀而弯曲产生的回弹力F_h，F_h与△L正相关；获取接管沿所述电站集箱轴向的焊口处的最大应力F₁，其中，F₁＝F_t+F_h；将F₁与设定数值进行比较，其中，设定数值为所述电站集箱与接管之间的角焊缝所使用的焊接材料形成的熔敷金属在对应热处理温度下的屈服强度所对应的压力；若F₁大于等于所述设定数值，则减少需要同时进行焊后热处理的接管数量，并根据接管数量减少后的L继续计算F₁，直至满足F₁小于设定数值这一条件；根据上述得到的能够同时进行焊后热处理的接管数量，进行焊后热处理。

进一步地，F_t通过计算获得，F_t＝α·△T·E₁·A，其中，E₁为电站集箱金属材料的弹性模量，A为电站集箱的径向截面面积。

进一步地，α根据光杠杆法获得，E₁根据弹性模量测试仪的测量获得。

进一步地，α和E₁根据查阅文献的方法获得。

进一步地，F_h通过计算获得，F_h＝((d·h³·E₂·L₁)/4)·L₂ ³，其中，d为接管的直径；h为接管的壁厚；E₂为接管金属材料的弹性模量；L₁为接管因集箱热膨胀而发生的位移，L₁＝△L；L₂为接管的活动端长度。

进一步地，L₃为接管沿其长度方向的角焊缝尺寸。

进一步地，L₃通过现场测量确定。

进一步地，L₃通过查阅电站集箱和接管的安装图纸获得。

进一步地，还包括获取接管沿所述电站集箱轴向的焊口处的应力F₂，其中，F₂对应的接管受力点与F₁对应的接管受力点，沿电站集箱的轴向相对，F₂＝丨F_h-F_t丨。

进一步地，在获取电站集箱的焊后热处理温度的步骤之前，还包括步骤：使用金属光谱仪对电站集箱和接管的材质进行确认。

本发明防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法带来的有益效果是：

在需要对电站集箱与接管焊口进行焊后热处理时，可以先通过获取电站集箱的焊后热处理温度、电站集箱对接管产生的推力F_t、电站集箱热处理区域的热膨胀量△L、接管由于电站集箱的热膨胀而弯曲产生的回弹力F_h等参数，计算得到接管沿电站集箱轴向的焊口处的最大应力F₁；然后，将其与电站集箱与接管角焊缝所使用的焊接材料形成的熔敷金属在对应热处理温度下的屈服强度所对应的压力这一设定数值进行比较。若计算得到的最大应力F₁大于等于上述设定数值，则减少需要同时进行焊后热处理的接管数量，并根据接管数量减少后的L继续计算F₁，直至满足F₁小于设定数值这一条件；之后，便可根据上述得到的能够同时进行焊后热处理的接管数量，进行焊后热处理。

该防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，基于材料力学和结构力学，结合电站集箱热处理时电站集箱的热膨胀规律，建立了由电站集箱的热膨胀和接管位移导致的角焊缝复杂受力计算方法，并将算得的数值与设定数值进行进一步的比较，根据比较结果判断是否需要对同时进行焊后热处理的接管数量进行调整，从而指导现场热处理技术人员合理选择同批次的热处理角焊缝数量，以减少角焊缝由于电站集箱过分受热膨胀而导致的开裂，有效解决了现有技术中存在的因焊后热处理的焊口数量选择不合理而导致的角焊缝在热处理过程中发生开裂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为电站集箱与接管在焊后热处理过程中的变形示意图；

图2为图1中A处的局部结构放大图；

图3为图1中B处的局部结构放大图；

图4为本发明实施例提供的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法的流程示意图。

附图标记说明：

100-电站集箱；200-接管；300-角焊缝。

具体实施方式

目前，涉及到量化合理数量的角焊缝焊口进行焊后热处理的工艺及方法几乎没有。本发明的目的在于提供一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，解决电站同材质或不同材质电站集箱与接管在进行焊后热处理时，由于选择接管数量进行批次热处理不当或选择切割接管鳍片的自由端长度不当，而导致的焊后热处理后接管与电站集箱角焊缝出现裂纹的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为电站集箱与接管在焊后热处理过程中的变形示意图，图2为图1中A处的局部结构放大图，图4为本实施例提供的防止电站集箱与接管焊口热处理开裂方法的流程示意图。如图1、图2和图4所示，本实施例提供了一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，包括如下步骤：

S20：获取电站集箱100的焊后热处理温度；

S30：获取电站集箱100对接管200产生的推力F_t以及电站集箱100热处理区域的热膨胀量△L，其中，△L＝α·△T·L，α为电站集箱100金属材料的线膨胀系数；△T为电站集箱100焊后热处理的温升；L为电站集箱100焊后热处理长度；

S40：获取接管200由于电站集箱100的热膨胀而弯曲产生的回弹力F_h，其中，F_h与△L正相关；

S50：获取接管200沿所述电站集箱100轴向的焊口处的最大应力F₁，其中，F₁＝F_t+F_h；

S60；将F₁与设定数值进行比较，其中，设定数值为电站集箱100与接管200之间的角焊缝300所使用的焊接材料形成的熔敷金属在对应热处理温度下的屈服强度所对应的压力；若F₁大于等于设定数值，则执行步骤S61：减少需要同时进行焊后热处理的接管200数量，并根据接管200数量减少后的L继续计算F₁，直至满足F₁小于设定数值这一条件；否则，执行步骤S70；

S70：根据上述得到的能够同时进行焊后热处理的接管200数量，进行焊后热处理。

在需要对电站集箱100与接管200焊口进行焊后热处理时，可以先通过获取电站集箱100的焊后热处理温度、电站集箱100对接管200产生的推力F_t、电站集箱100热处理区域的热膨胀量△L、接管200由于电站集箱100的热膨胀而弯曲产生的回弹力F_h等参数，计算得到接管200沿电站集箱100轴向的焊口处的最大应力F₁；然后，将其与电站集箱100与接管200之间的角焊缝300所使用的焊接材料形成的熔敷金属在对应热处理温度下的屈服强度所对应的压力这一设定数值进行比较。若计算得到的最大应力F₁大于等于上述设定数值，则减少需要同时进行焊后热处理的接管200数量，并根据接管200数量减少后的L继续计算F₁，直至满足F₁小于设定数值这一条件；之后，便可根据上述得到的能够同时进行焊后热处理的接管200数量，进行焊后热处理。

该防止电站集箱与接管200焊口焊后热处理开裂方法，基于材料力学和结构力学，结合电站集箱100热处理时电站集箱100的热膨胀规律，建立了由电站集箱100的热膨胀和接管200位移导致的角焊缝300复杂受力计算方法，并将算得的数值与设定数值进行进一步的比较，根据比较结果判断是否需要对同时进行焊后热处理的接管200数量进行调整，从而指导现场热处理技术人员合理选择同批次的热处理角焊缝300数量，以减少角焊缝300由于电站集箱100过分受热膨胀而导致的开裂，有效解决了现有技术中存在的因焊后热处理的焊口数量选择不合理而导致的角焊缝300在热处理过程中发生开裂的问题。

另外，该防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法的实现，仅依靠简单的公式计算，大大减少了对电站技术人员经验及技能水平的依赖，可有效提高电站检修质量。

需要说明的是，图1中，实线表示的未发生变形的电站集箱100及接管200的位置示意图；虚线表示的发生变形后的电站集箱100及接管200的位置示意图。

本实施例中，步骤S20中，电站集箱100的焊后热处理温度按照电力标准DL/T 819《火力发电厂焊接热处理技术规程》进行制定和实施。

本实施例中，步骤S30中，△T根据现场检修环境而定。

本实施例中，步骤S60中，角焊缝300所使用的焊接材料形成的熔敷金属在对应热处理温度下的屈服强度须在标准DL/T 869《火力发电厂焊接技术规程》或ASME BPVC《sectionⅡSpecifications for WeldingRods,Electrodes,and FillerMetals》等标准文件中进行直接查找获得。其中，焊接材料为焊丝和焊条；对比的焊缝的力学性能指标为屈服强度而非抗拉强度。

请继续参照图2，该防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法中，还包括获取接管200沿电站集箱100轴向的焊口处的应力F₂，其中，F₂对应的接管200受力点与F₁对应的接管200受力点，沿电站集箱100的轴向相对，F₂＝丨F_h-F_t丨。也就是说，F₁和F₂的方向均沿电站集箱100的轴向，且F₁和F₂两者的受力点还分别处在接管200沿径向相背的两个位置。

具体地，本实施例中，在步骤S20：获取电站集箱100的焊后热处理温度的步骤之前，还包括步骤S10：使用金属光谱仪对电站集箱100和接管200的材质进行确认。

该步骤能够准确获得当前电站集箱100和接管200的材质，以保证后续计算的精确性。

需要说明的是，本实施例中，电站集箱100与接管200的材质为电力标准DLT 715《火力发电厂金属材料选用导则》中的常用电站金属材料。

本实施例中，步骤S30中，F_t通过计算获得，F_t＝α·△T·E₁·A，其中，E₁为电站集箱100金属材料的弹性模量，A为电站集箱100的径向截面面积。这种利用计算方式获得F_t的方式，无需采用复杂的设备对电站集箱100的受力进行测量，便于实施。

本实施例中，步骤S30中，α根据光杠杆法获得，E₁根据弹性模量测试仪的测量获得。这种利用测量获得α和E₁的方式，使得计算得到的△L和F_t更加贴近电站集箱100当前的实际工况。

图3为图1中B处的局部结构放大图。本实施例中，步骤S30中，压力通过计算所得，压力＝屈服强度×π×d×L₃/2。其中，d为接管200的直径，L₃为接管200沿其长度方向的角焊缝300尺寸。本实施例中，接管200沿其长度方向的角焊缝300尺寸L₃可以通过现场测量确定。采用这种方式获得L₃的形式，使得参与计算的L₃更加贴近实际工况，避免因角焊缝300长期服役与设计图纸产生偏差而导致的所获取数值不准确的情形。

在其他实施例中，接管200沿其长度方向的角焊缝300尺寸L₃还可以通过查阅电站集箱100和接管200的安装图纸获得。采用这种方式获得L₃的形式，能够避免因测量误差而导致的所获取数值不准确的情形。

在其他实施例中，α和E₁的取值还可以根据查阅文献的方法获得。该设置省去了去现场的繁琐流程，能够提高F_t和△L的计算效率。

本实施例中，步骤S40中，F_h通过计算获得，F_h＝((d·h³·E₂·L₁)/4)·L₂ ³，其中，h为接管200的壁厚；E₂为接管200金属材料的弹性模量；L₁为接管200因集箱热膨胀而发生的位移，L₁＝△L；L₂为接管200的活动端长度。通过该方式得到的F_h，精确性较高。

需要说明的是，根据图1，电站集箱100热膨胀变形后，产生变形位移△L，随着电站集箱100的膨胀，将带动接管200也发生变形，并产生位移L₁，由于二者为焊接关系，故L₁＝△L。

综上所述，本发明公开的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，基于材料力学及结构力学，结合电站集箱100热处理时的热膨胀规律，建立了由电站集箱100的热膨胀和接管200位移导致的焊缝复杂受力计算方法，进一步与焊缝金属材料的力学性能进行比较，从而指导现场热处理技术人员合理选择同批次热处理焊缝数量，减少角焊缝300由于电站集箱100过分受热膨胀而导致的开裂。同时，本发明的实现仅需简单的图纸阅读及现场测量，大大减少了对电站技术人员经验和技能水平的依赖，可有效提高电站检修质量。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“上”、“下”、“侧”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电站集箱(100)的焊后热处理温度；

获取电站集箱(100)对接管(200)产生的推力F_t以及电站集箱(100)热处理区域的热膨胀量△L，其中，△L＝α·△T·L，α为电站集箱(100)金属材料的线膨胀系数；△T为电站集箱(100)焊后热处理的温升；L为电站集箱(100)焊后热处理长度；Ft通过计算获得，Ft＝α·△T·E1·A，其中，E1为电站集箱(100)金属材料的弹性模量，A为电站集箱(100)的径向截面面积；

获取接管(200)由于电站集箱(100)的热膨胀而弯曲产生的回弹力F_h，F_h与△L正相关；F_h通过计算获得，F_h＝((d·h³·E₂·L₁)/4)·L₂ ³，其中，d为接管(200)的直径；h为接管(200)的壁厚；E₂为接管(200)金属材料的弹性模量；L₁为接管(200)因集箱热膨胀而发生的位移，L₁＝△L；L₂为接管(200)的活动端长度；

获取接管(200)沿所述电站集箱(100)轴向的焊口处的最大应力F₁，其中，F₁＝F_t+F_h；

将F₁与设定数值进行比较，其中，设定数值为所述电站集箱(100)与接管(200)之间的角焊缝(300)所使用的焊接材料形成的熔敷金属在对应热处理温度下的屈服强度所对应的压力；若F₁大于等于所述设定数值，则减少需要同时进行焊后热处理的接管(200)数量，并根据接管(200)数量减少后的L继续计算F₁，直至满足F₁小于设定数值这一条件；所述压力＝屈服强度×π×d×L₃/2，d为接管(200)的直径，L₃为接管(200)沿其长度方向的角焊缝(300)尺寸；

根据上述得到的能够同时进行焊后热处理的接管(200)数量，进行焊后热处理。

2.根据权利要求1所述的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，α根据光杠杆法获得，E₁根据弹性模量测试仪的测量获得。

3.根据权利要求1所述的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，α和E₁根据查阅文献的方法获得。

4.根据权利要求1所述的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，L₃通过现场测量确定。

5.根据权利要求1所述的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，L₃通过查阅电站集箱(100)和接管(200)的安装图纸获得。

6.根据权利要求1-5任一项所述的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，还包括获取接管(200)沿所述电站集箱(100)轴向的焊口处的应力F₂，其中，F₂对应的接管(200)受力点与F₁对应的接管(200)受力点，沿电站集箱(100)的轴向相对，F₂＝丨F_h-F_t丨。

7.根据权利要求1-5任一项所述的防止电站集箱与接管焊口焊后热处理开裂方法，其特征在于，在获取电站集箱(100)的焊后热处理温度的步骤之前，还包括步骤：使用金属光谱仪对电站集箱(100)和接管(200)的材质进行确认。