CN115505719A - 一种大径厚壁管道焊后热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接热处理技术领域，公开了一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，包括：步骤S1，获取焊接管道的特征数据；步骤S2，基于特征数据确定测温元件的安装位置，并将测温元件点焊固定在焊接接头的内外壁上；步骤S3，在所述焊接管道上安装保温棉；步骤S4，在焊接管道上安装中频感应加热装置；步骤S5，设置焊后热处理参数；步骤S6，进行中频感应加热；步骤S7，冷却热处理后的焊接管道；在步骤S1‑S7中，对焊接接头的内外壁进行分区域监测；实时监测焊接接头的热处理过程的壁温。本发明可以在不需要增加设备的情况下，有效的保证焊后热处理效果，同时提升焊后热处理效率。解决了现有的大径厚壁管道焊后热处理效率低下，热处理不均匀的问题。

Description

一种大径厚壁管道焊后热处理工艺

技术领域

本发明涉及焊接热处理技术领域，尤其涉及一种大径厚壁管道焊后热处理工艺。

背景技术

在火力发电厂管道焊接施工过程中，尤其是高合金管道，为了减小焊接接头的应力，以及改善焊接接头的组织，提升焊接接头的性能，在厚壁管道焊接完成后需对焊接接头进行焊后热处理。

随着蒸汽参数越来越高，火电厂的主蒸汽、再热热段等P92材质管道的壁厚也越来越厚，随着管道壁厚的增大，现场焊接热处理的难度也越来越大，存在的难点主要为：现场热处理多采用履带式陶瓷电阻加热，该加热方法的热量传递方式为热传导，传热步骤为陶瓷电阻发热，热量传递至管道表面，再传递至管道内壁；热传导的热量传递方式决定了大壁厚管道容易造成内外壁均温性差、内壁温度无法达到规定要求，最终导致焊缝靠内壁区域的组织无法达到要求、应力无法消除等，对焊缝的长周期安全稳定运行造成不利影响。

对于P92大径厚壁管道，目前施工现场可采取组合式加热方法、增大热处理加热器的功率、延长焊后热处理恒温时间、增加保温的宽度和厚度等各项措施确保其焊接热处理后的质量达到要求。上述技术方案施工过程复杂，过程质量难以控制，难以满足施工现场的质量、进度要求。

为提高P92大径厚壁管道焊后热处理效率，并且保证热处理效果，提出了一种大径厚壁管道焊后热处理工艺。

发明内容

本发明提供了一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，可以在不需要增加设备的情况下，有效的保证焊后热处理效果，同时提升焊后热处理效率。解决了现有的大径厚壁管道焊后热处理效率低下，热处理不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，包括：步骤S1，获取焊接管道的特征数据；步骤S2，基于所述特征数据确定测温元件的安装位置，并将所述测温元件点焊固定在焊接接头的内外壁上；步骤S3，在所述焊接管道上安装保温棉；步骤S4，在所述焊接管道上安装中频感应加热装置；步骤S5，设置焊后热处理参数；步骤S6，进行中频感应加热并检测；步骤S7，冷却热处理后的所述焊接管道；在步骤S1-S7中，对焊接接头的内外壁进行分区域监测；实时监测焊接接头的热处理过程的壁温。

在本申请的一些实施例中，所述焊接管道为P92钢管，所述P92钢管的壁厚大于100mm；所述特征数据包括管道规格、壁厚、焊接头的位置与数量。

在本申请的一些实施例中，所述测温元件为N型热电偶，所述N型热电偶通过储能焊机点焊在所述焊接管道上。

在本申请的一些实施例中，在步骤S2中，管道焊缝为垂直位置时，沿焊缝周向固定有两只N型热电偶，距焊缝上、下边缘的一倍壁厚处，且壁厚不小于50mm处，固定两只所述N型热电偶，上述任一个所述N型热电偶为主控热电偶，其余所述N型热电偶为监控热电偶；

管道焊缝为水平位置时，焊缝的0点、3点、6点的位置处分别固定有所述N型热电偶，距焊缝上、下边缘的一倍壁厚处，且壁厚不小于50mm处，固定两只所述N型热电偶；所述0点位置的所述N型热电偶为主控热电偶，其余所述N型热电偶为监控热电偶。

在本申请的一些实施例中，所述保温棉外层通过耐高温玻璃纤维带绑扎固定；所述保温棉为硅酸铝针刺毯，所述硅酸铝针刺毯厚度为45-70mm。

在本申请的一些实施例中，在步骤S4中，所述感应线圈的宽度为所述管道壁厚的5倍；

所述感应线圈的间距从焊缝中心向两侧依次递增，所述焊缝中心处的感应线圈间距为最外侧的感应线圈间距的4/5。

在本申请的一些实施例中，所述设置焊后热处理参数，包括：管道焊前预热采用陶瓷电阻加热，感应电流的频率为1000-2000KHz，中频电源的功率为89KW；升温速率、降温速率按60℃/h进行控制；加热宽度从焊缝中心算起每侧为焊接管道壁厚的5倍，保温宽度从焊缝中心算起每侧为焊接管道壁厚的7倍；恒温时间选取6h；恒温温度为750-770℃。

在本申请的一些实施例中，所述在步骤S7中，冷却热处理后的所述焊接管道，包括：

焊缝按预设的降温速率降温，直至降至300℃，断开加热器的电源；

焊缝温度自然冷却至100℃时，拆除保温层和所述测温元件；

焊缝温度自然冷却至室温，完成冷却。

本发明的技术效果：

本发明对P92大径厚壁管道焊接接头进行中频感应热处理，通过适当降低恒温温度至规范下限、延长恒温时间，有效提升了P92大径厚壁管焊缝沿壁厚方向的温度梯度，使得内外壁温一致，有效地提升了现场热处理施工质量；

本发明延长了恒温时间，同时恒温温度接近规范的下限，有效的防止了母材在较高温度长时间保温，减小了对母材的损伤，保证了管道的使用寿命。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的大径厚壁管道焊后热处理工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本实施例公开了一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，本发明提供一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，包括：

步骤S1，获取焊接管道的特征数据；

步骤S2，基于特征数据确定测温元件的安装位置，并将测温元件点焊固定在焊接接头的内外壁上；

步骤S3，在焊接管道上安装保温棉；

步骤S4，在焊接管道上安装中频感应加热装置；

步骤S5，设置焊后热处理参数；

步骤S6，进行中频感应加热；

步骤S7，冷却热处理后的焊接管道；

在步骤S1-S7中，对焊接接头的内外壁进行分区域监测；实时监测焊接接头的热处理过程的壁温。

进一步解释说明，上述实施例中，在不需要增加设备的情况下，可以有效的保证焊后热处理效果，同时提升焊后热处理效率。

热电偶布置于焊接接头的内外壁，热处理过程中全过程、全截面对焊接接头的内外壁进行分区域监测，进一步掌握了焊接接头区域的温度分布，提升了焊后热处理壁温的监测精度。

在本申请的一些具体实施例中，焊接管道为P92钢管，P92钢管的壁厚大于100mm，特征数据包括管道规格、壁厚、焊接头的位置与数量。

进一步解释说明，P92钢是一种马氏体耐热钢，随着机组蒸汽温度参数的提高，P92钢的使用温度接近了其使用温度极限，安全使用的温度裕度非常小，且P92钢管的壁厚大于100mm，所以相应地对P92钢焊接接头的性能指标提出了更高的要求。

进一步解释说明，P92钢管采用ID343×123mm、ID343×118mm两种规格的管道，对应的施工现场对接焊缝数量分别为4道、106道，主蒸汽管道具有国产化管道、管壁壁厚大、焊接接头数量多的特点。

在本申请的一些具体实施例中，测温元件为N型热电偶，N型热电偶通过储能焊机点焊在焊接管道上。

进一步解释说明，热电偶是焊后热处理的测温元件，其温度测量精度对热处理的质量有重要的关系。相对于低合金耐热钢，SA335-P92具有更高的合金含量，特别是Cr、W、Mo、V、Nb等，使得其抗回火能力更强，焊后热处理时通常温度达到760℃左右时才会使硬度明显降低，使材料的塑性和韧性提高，起到焊后热处理的作用，但该温度又非常接近P92钢特别是焊缝金属的下临界转变温度AC1，如果温度向上偏差较大，硬度会急剧降低，甚至导致组织出现异常。因此对于SA335-P92钢来说，其焊后热处理的合适温度范围更窄，如通常的焊后热处理工艺为760℃±10℃，亦即要求焊接接头有效加热范围内的温度偏差为±10℃，在热处理过程中，除了需要对加热元件和测温和控温元件分布进行严格控制外，对测控温回路的误差控制要求也大大提高，其中测控温元件的精度是重要的环节。

而K型热电偶在高温下易出现老化，为了保证测量精度，选用高温抗氧化能力强、温度监测可靠性高、使用寿命长，且其超低温短期内热力循环可靠性好，耐辐射工作能力强N型热电偶。

在本申请的一些具体实施例中，在步骤S2中，管道焊缝为垂直位置时，沿焊缝周向固定有两只N型热电偶，距焊缝上、下边缘的一倍壁厚处，且壁厚不小于50mm处，固定两只N型热电偶，上述任一个N型热电偶为主控热电偶，其余N型热电偶为监控热电偶；

管道焊缝为水平位置时，焊缝的0点、3点、6点的位置处分别固定有N型热电偶，距焊缝上、下边缘的一倍壁厚处，且壁厚不小于50mm处，固定两只N型热电偶；0点位置的N型热电偶为主控热电偶，其余N型热电偶为监控热电偶。

进一步解释说明，热电偶布置于焊接接头的内外壁，获得了国产超大壁厚SA335-P92钢管道焊缝焊后热处理过程中内外壁温度场的分布特征与变化趋势。研究表明，恒温过程中管道内壁距离坡口5mm位置的温度与外壁温差相差最大为36℃。同时对比内、外壁的温度，内壁温度较外壁温度整体滞后约50分钟左右，从内壁温度值可以看出，内壁温度恒温过程中始终比外壁低，约50分钟时长的温度低于标准下限750℃。

可以理解的是，上述实施例中，管道焊缝为垂直位置时和管道焊缝为水平位置时，通过不同的N型热电偶布置方式，可以准确获取焊缝管道内、外壁的温度。

在本申请的一些具体实施例中，保温棉外层通过耐高温玻璃纤维带绑扎固定；保温棉为硅酸铝针刺毯，硅酸铝针刺毯厚度为45-70mm。

需要说明的是，采用厚度为50-70mm的硅酸铝针刺毯将焊缝及焊接管道进行包裹，并用铁丝绑扎牢固。保温包裹的宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的7倍；保温搭接处不留缝隙。

在本申请的一些具体实施例中，在步骤S4中，感应线圈的宽度为管道壁厚的5倍；

感应线圈的间距从焊缝中心向两侧依次递增，焊缝中心处的感应线圈间距为最外侧的感应线圈间距的4/5。

进一步解释说明，对于热处理的保温宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的5倍，以减小温度梯度。

在本申请的一些具体实施例中，所述设置焊后热处理参数，包括：管道焊前预热采用陶瓷电阻加热，感应电流的频率为1000-2000KHz，中频电源的功率为89KW；升温速率、降温速率按60℃/h进行控制；加热宽度从焊缝中心算起每侧为焊接管道壁厚的5倍，保温宽度从焊缝中心算起每侧为焊接管道壁厚的7倍；恒温时间选取6h；恒温温度为750-770℃。

进一步解释说明，加温时，P91/P92钢焊后热处理加热温度为(760±10)℃；力求焊接管道内、外壁与焊缝两侧温度均匀。

恒温时，在加热范围内任意两测点间的温度差应＜50℃。为了避免焊缝产生冷裂倾向，焊后热处理升温速度60℃/h，焊后应立即升温至753-761℃，并恒温保持6h，温度降至300℃以下时可自然空冷.

热处理升降温速度：300℃以下时，升温速度≤150℃/h，降温速度可不控，随炉冷却；300℃以上时，升降温速度≤6250/壁厚℃/h，且不大于150℃/h，但当壁厚大于100mm时，升温速度按60℃/h进行控制。

在本申请的一些具体实施例中，在步骤S7中，冷却热处理后的焊接管道，包括：

焊缝按预设的降温速率降温，直至降至300℃，断开加热器的电源；

焊缝温度自然冷却至100℃时，拆除保温层和测温元件；

焊缝温度自然冷却至室温，完成冷却。

进一步解释说明，恒温过程完成后，焊缝按照设定的降温速率进行降温，降至300℃后，断开加热器的电源，保温棉不拆除，焊缝温度自然冷却至100℃，后拆除保温、测温元件，焊缝自然冷却至室温。

综上，本发明提供的一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，采用了中频感应加热，相对于现场常用的陶瓷电阻加热，保温时间减少了4个小时，有效地减少了焊后热处理施工时间，降低了施工成本。

对P92大径厚壁管道焊接接头进行中频感应热处理，通过适当降低恒温温度至规范下限、延长恒温时间，有效提升了P92大径厚壁管焊缝沿壁厚方向的温度梯度，使得内外壁温一致，有效地提升了现场热处理施工质量；

通过延长了恒温时间，同时恒温温度接近规范的下限，有效的防止了母材在较高温度长时间保温，减小了对母材的损伤，保证了管道的使用寿命。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

领域普通技术人员可以理解：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，包括：

步骤S1，获取焊接管道的特征数据；

步骤S2，基于所述特征数据确定测温元件的安装位置，并将所述测温元件点焊固定在焊接接头的内外壁上；

步骤S3，在所述焊接管道上安装保温棉；

步骤S4，在所述焊接管道上安装中频感应加热装置；

步骤S5，设置焊后热处理参数；

步骤S6，进行中频感应加热；

步骤S7，冷却热处理后的所述焊接管道；

在步骤S1-S7中，对焊接接头的内外壁进行分区域监测；实时监测焊接接头的热处理过程的壁温。

2.根据权利要求1所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，所述焊接管道为P92钢管，所述P92钢管的壁厚大于100mm；所述特征数据包括管道规格、壁厚、焊接头的位置与数量。

3.根据权利要求1所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，所述测温元件为N型热电偶，所述N型热电偶通过储能焊机点焊在所述焊接管道上。

4.根据权利要求3所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，在步骤S2中，管道焊缝为垂直位置时，沿焊缝周向固定有两只N型热电偶，距焊缝上、下边缘的一倍壁厚处，且壁厚不小于50mm处，固定两只所述N型热电偶，上述任一个所述N型热电偶为主控热电偶，其余所述N型热电偶为监控热电偶；

管道焊缝为水平位置时，焊缝的0点、3点、6点的位置处分别固定有所述N型热电偶，距焊缝上、下边缘的一倍壁厚处，且壁厚不小于50mm处，固定两只所述N型热电偶；所述0点位置的所述N型热电偶为主控热电偶，其余所述N型热电偶为监控热电偶。

5.根据权利要求1所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，所述保温棉外层通过耐高温玻璃纤维带绑扎固定；所述保温棉为硅酸铝针刺毯，所述硅酸铝针刺毯厚度为45-70mm。

6.根据权利要求1所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，在步骤S4中，所述感应线圈的宽度为所述管道壁厚的5倍；

所述感应线圈的间距从焊缝中心向两侧依次递增，所述焊缝中心处的感应线圈间距为最外侧的感应线圈间距的4/5。

7.根据权利要求1所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，所述设置焊后热处理参数，包括：管道焊前预热采用陶瓷电阻加热，感应电流的频率为1000-2000KHz，中频电源的功率为89KW；升温速率、降温速率按60℃/h进行控制；加热宽度从焊缝中心算起每侧为焊接管道壁厚的5倍，保温宽度从焊缝中心算起每侧为焊接管道壁厚的7倍；恒温时间选取6h；恒温温度为750-770℃。

8.根据权利要求1所述的大径厚壁管道焊后热处理工艺，其特征在于，所述在步骤S7中，冷却热处理后的所述焊接管道，包括：

焊缝按预设的降温速率降温，直至降至300℃，断开加热器的电源；

焊缝温度自然冷却至100℃时，拆除保温层和所述测温元件；

焊缝温度自然冷却至室温，完成冷却。

加热功率和感应线圈圈数，确定线圈间距、加热宽度、保温宽度、恒温温度、恒温时间和升/降温速度。

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