接管座對接接頭局部焊后熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其采用獨立設置的主加熱裝置和輔助加熱裝置，主加熱裝置的加熱元件等功率、等寬度對稱布置在對接焊縫的兩端且每端布置的寬度等于接管座的長度，控溫熱電偶布置在對接焊縫上，熱處理曲線按給定的焊后熱處理工藝參數(shù)設定；輔助加熱裝置的加熱元件以角焊縫為中心布置在筒體上，控溫熱電偶布置在角焊縫上，恒溫溫度為主加熱裝置獨立加熱恒溫階段端部處管道上的溫度±30℃，恒溫時間、升溫時間及降溫速度分別為主加熱裝置的90%～110%。本發(fā)明方法適用于各種規(guī)格及材質的接管座對接接頭的局部焊后熱處理，可有效避免加熱區(qū)域最高溫度點偏離對接焊縫，滿足接頭焊后熱處理技術要求。
【專利說明】接管座對接接頭局部焊后熱處理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特別適用于高度小于等 于3倍外徑的接管座的對接接頭局部焊后熱處理。

【背景技術】
[0002] 焊后熱處理是為消除焊接接頭殘余應力、改善焊接接頭的組織和性能而進行的一 種熱處理，其一般工藝流程為：安裝熱電偶一布置加熱裝置一設定熱處理參數(shù)一包裹保溫 棉一進行熱處理。
[0003] 壓力容器、聯(lián)箱等的筒體一般在制造廠制造并進行整體熱處理，但壓力容器、聯(lián)箱 與其筒體外管道連接的對接接頭則在使用現(xiàn)場焊接，焊后需要進行熱處理時，只能進行局 部焊后熱處理。該對接接頭一端連接壓力容器、聯(lián)箱等的筒體，另一端連接管道，兩端的散 熱條件存在顯著差異，因此加熱時加熱區(qū)域的最高溫度會偏離加熱裝置的中心，偏移量與 偏移的最高溫度受材料種類、規(guī)格、環(huán)境條件、焊后熱處理工藝等因素的強烈影響，并沒有 簡單規(guī)律可循。傳統(tǒng)熱處理時，在接管座對接接頭處安裝好加熱裝置后，按照給定的熱處理 曲線進行處理，其中在安裝加熱裝置時，會在接管座靠角焊縫端布置較多的功率，以補償該 端熱量損失，多布置的功率的多少憑操作人員的經(jīng)驗決定，常常使最高溫度點并不正好位 于對接焊縫上。最高溫度的偏移，惡化了熱處理溫度場，加大了熱處理后接頭的殘余應力， 對接頭使用性能與壽命產(chǎn)生不利影響，特別是當偏移的最高溫度超過材料相變點后，材料 發(fā)生再結晶，對接頭性能造成嚴重損傷，甚至直接導致接頭報廢。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有經(jīng)驗方法的不足，提供一種改進的接管座 對接接頭局部焊后熱處理方法。
[0005] 為解決以上技術問題，本發(fā)明采取如下技術方案：
[0006] -種接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，接管座對接接頭包括接管座，管道，筒 體，連接接管座與管道的對接焊縫，以及連接接管座與筒體的角焊縫，所述熱處理方法采用 獨立設置的主加熱裝置和輔助加熱裝置同時對接管座對接接頭進行加熱，其中：
[0007] 主加熱裝置的設置如下：
[0008] 加熱元件等功率、等寬度對稱布置在對接焊縫的兩端且每端布置的寬度等于接管 座的長度；
[0009] 控溫熱電偶布置在對接焊縫上；
[0010] 熱處理曲線按給定的焊后熱處理工藝參數(shù)設定；
[0011] 輔助加熱裝置的設置如下：
[0012] 加熱元件以所述角焊縫為中心布置在筒體上；
[0013] 控溫熱電偶布置在角焊縫上；
[0014] 熱處理曲線按如下參數(shù)設定：
[0015] 恒溫溫度Tfh = TD±30°C，其中，TD為主加熱裝置獨立加熱恒溫階段端部處管道上 的溫度；
[0016] 升溫時間tfS = (1±10% )tzs，其中，tzs為主加熱裝置的升溫時間；
[0017] 恒溫時間tfh = (1±10% )tzh，其中，tzh為主加熱裝置的恒溫時間；
[0018] 恒溫后降溫至300°C時的降溫速度Vfj = (1±10% )Vzj，其中，Vzj為主加熱裝置焊 后熱處理降溫速度；
[0019] 進行焊后熱處理時，主加熱裝置和輔助加熱裝置同時開始加熱。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，所述輔助加熱裝置的恒溫溫度Tft與TD越接近越好。優(yōu)選地，輔助加 熱裝置的恒溫溫度T fh = TD± 10°C。最優(yōu)選地，輔助加熱裝置的恒溫溫度Tft = TD。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，所述輔助加熱裝置的升溫時間、恒溫時間及恒溫后降溫至300°C時的 降溫速度與主加熱裝置的升溫時間、恒溫時間及降溫速度分別越接近越好。最優(yōu)選地，輔助 加熱裝置的升溫時間t fS = tzs ;恒溫時間tft= tzh ;恒溫后降溫至300°C時的降溫速度Vfj = VZJ·。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，TD可通過實驗測量獲得或通過計算獲得。
[0023] 根據(jù)一個具體方面，獲得TD的實驗過程如下：取與管道材質和規(guī)格均相同的管道， 在其中間位置布置1組與主加熱裝置相同的試驗加熱裝置，并在試驗加熱裝置兩端各布置 1支測溫熱電偶，采用主加熱裝置的給定焊后熱處理工藝，測得到達恒溫溫度時，試驗加熱 裝置兩端管道上的溫度值，該溫度值即為T D。
[0024] 優(yōu)選地，本發(fā)明特別適用于接管座的長度小于等于其外徑的3倍。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，接管座和管道可以為同種鋼或異種鋼。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，接管座和管道的規(guī)格可以相同或不同。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的進一步實施方案：所述方法包括如下步驟：
[0028] (1)、安裝熱電偶：在對接焊縫上安裝1支熱電偶，作為主加熱裝置的控溫熱電偶； 在所述角焊縫上安裝1支熱電偶，作為輔助加熱裝置的控溫熱電偶；
[0029] (2)、安裝主加熱裝置：選擇柔性加熱繩或加熱片作為加熱元件，以對接焊縫為中 心，在對接焊縫的兩端等功率、等寬度對稱布置加熱元件，且每端布置的加熱元件的寬度等 于接管座的長度；
[0030] (3)、安裝輔助加熱裝置：選擇柔性加熱繩或加熱片作為加熱元件，以角焊縫為中 心，在筒體上布置輔助加熱元件；
[0031] ⑷、設定主加熱裝置熱處理曲線；
[0032] (5)、通過實驗測量或者通過計算獲得主加熱裝置獨立加熱恒溫階段端部處管道 上的溫度；
[0033] (6)、設定輔助加熱裝置熱處理曲線；
[0034] (7)、覆蓋保溫棉：在主加熱裝置和輔助加熱裝置處及其外側至少300mm范圍內覆 蓋保溫棉；
[0035] (8)、可能的條件下封堵管道端口；
[0036] (9)、主加熱裝置和輔助加熱裝置同時開始加熱，按設定的熱處理曲線進行熱處 理。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明，"給定的焊后熱處理工藝參數(shù)"對于具體的接管座對接接頭而言是已 知和確定的。
[0038] 由于以上技術方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：
[0039] 對于接管座對接接頭來說，因對接焊縫一端與散熱量大的筒體連接，另一端與管 道連接，焊縫兩端的傳熱條件是不同的，發(fā)明人理論研究與工程實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的在焊縫兩 端不等功率布置加熱裝置的熱處理方法導致接頭損傷的原因在于：熱處理時的加熱區(qū)域溫 度分布受接頭結構、材料、環(huán)境因素、熱處理工藝的影響，最高溫度點位置難以準確確定，即 加熱區(qū)域的最高溫度并不位于加熱裝置的中心，而是向傳熱量小的方向偏移。最高溫度的 偏移，惡化了加熱區(qū)域溫度場特性，影響熱處理后接頭的使用性能與使用壽命，特別是當偏 移達到的最高溫度超過材料的相變點后，對接頭性能造成嚴重損傷，甚至導致接頭報廢。本 發(fā)明方法根據(jù)焊縫兩端傳熱條件的不同來設置相應主加熱裝置和輔助加熱裝置，通過輔助 加熱對傳熱量大的接管座一端進行定量溫度補償，并將輔助加熱區(qū)域溫度最高點與主加熱 裝置在接管座一端重合，且控制該溫度與主加熱裝置在管道一端的溫度相同或相近，使對 接焊縫兩端溫度對稱分布，有效避免了加熱區(qū)域最高溫度點偏離焊縫，避免了對接焊縫兩 端溫度場不對稱導致的附加應力，克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗方法的不利影響，滿足接頭焊后熱處理 技術要求。此外，本發(fā)明方法不論接管座和管道的材質和規(guī)格是否相同，均可適用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1為顯示了接管座對接接頭的示意圖；
[0041] 圖2為顯示了接管座對接接頭及其上布置的主加熱裝置和輔助加熱裝置的示意 圖；
[0042] 圖3為主加熱裝置的焊后熱處理曲線圖和輔助加熱裝置的熱處理曲線圖。
[0043] 其中：
[0044] 01、接管座對接接頭；
[0045] 1、接管座；
[0046] 2、管道；
[0047] 3、筒體；
[0048] 11、對接焊縫；
[0049] 12、角焊縫；
[0050] 21、主加熱裝置；
[0051] 22、主加熱裝置控溫熱電偶；
[0052] 23、主加熱裝置在管道上的端部；
[0053] 31、輔助加熱裝置；
[0054] 32、輔助加熱裝置控溫熱電偶；
[0055] 41、主加熱裝置熱處理曲線；
[0056] 42、輔助加熱裝置熱處理曲線；
[0057] H、接管座長度；
[0058] Tzh:主加熱裝置焊后熱處理恒溫溫度；
[0059] tzs:主加熱裝置焊后熱處理升溫時間；
[0060] tzh:主加熱裝置焊后熱處理恒溫時間；
[0061] Vy主加熱裝置焊后熱處理降溫速度；
[0062] Tft:輔助加熱裝置熱處理恒溫溫度；
[0063] tfs:輔助加熱裝置熱處理升溫時間；
[0064] tft:輔助加熱裝置熱處理恒溫時間；
[0065] Vfj:輔助加熱裝置恒溫后降溫至300°C時的降溫速度。

【具體實施方式】
[0066] 如圖1和2所不，接管座對接接頭01包括接管座1、管道2、筒體3、接管座1和管 道2連接的對接焊縫11，接管座1和筒體3連接的角焊縫12。
[0067] 本發(fā)明涉及對對接接頭01進行焊后熱處理的方法，其是將主加熱裝置21 (加熱 繩、加熱片等）等功率、等寬度對稱布置在對接焊縫11的兩端，且每端的布置寬度等于接管 座1的長度H。在對接焊縫11上布置1支熱電偶22,作為主加熱裝置21的控溫熱電偶。 此外，以角焊縫12為中心，將輔助加熱元件31 (加熱繩、加熱片等）布置在筒體3上，設置 1支熱電偶32于角焊縫12上，作為輔助加熱裝置31的控溫熱電偶。
[0068] 根據(jù)主加熱裝置21的功率、布置寬度H、給定的焊后熱處理曲線41，通過計算的方 法或者通過實驗測量的方法，獲得主加熱裝置21獨立加熱恒溫階段時端部23處管道2上 的溫度T D。
[0069] 如圖3所示，主加熱裝置21的熱處理曲線41按給定的焊后熱處理工藝參數(shù)設定， 輔助加熱裝置熱處理曲線42按如下參數(shù)設定：
[0070] 恒溫溫度Tfh = TD±30°C，其中TD為主加熱裝置獨立加熱恒溫階段端部處管道上 的溫度；
[0071] 升溫時間 tfS = (1±10% )tzs ;
[0072] 恒溫時間 tfh = (1 ± 10% ) tzh ;
[0073] 恒溫后降溫至300°C時的降溫速度Vfj = (1±10% )VzJ。
[0074] 最優(yōu)選地，輔助加熱裝置31的恒溫溫度Tft與TD相同。
[0075] 最優(yōu)選地，輔助加熱裝置31的升溫時間tfS、恒溫時間tfh、降溫速度Vfj與主加熱裝 置21的升溫時間tzs、恒溫時間tzh及降溫速度Vzj對應相同。
[0076] 主加熱裝置21和輔助加熱裝置31同時開始加熱。
[0077] 加熱時需要對主加熱裝置21和輔助加熱裝置31及外側至少300_范圍內受熱區(qū) 域進行保溫，同時采用工程措施，如關閉管道閥門、堵塞管道端口等，消除或減少管道內空 氣流動。
[0078] 下面結合具體實施例對本發(fā)明的接管座對接接頭焊后處理工藝進行詳細說明，但 本發(fā)明不限于以下實施例。
[0079] 實施例1
[0080] 某聯(lián)箱的筒體材料為P91鋼，接管座材料為T91，接管座規(guī)格為0D63. 5X 18(mm)， 接管座高90mm，與接管座相連接的管道材料為T91鋼，規(guī)格為0D63. 5X 18 (mm)。焊接工 藝要求對該接管座對接接頭進行焊后熱處理，給定的焊后熱處理的工藝參數(shù)為：恒溫溫度 750°C，恒溫時間2h，從室溫升溫至恒溫溫度的時間為2. 5h，從恒溫溫度降溫至300°C的降 溫速度為300°C /h。
[0081] 采用本發(fā)明方法對該接管座對接接頭進行焊后熱處理，具體實施步驟如下：
[0082] (1)、布置熱電偶：在對接焊縫上布置1支熱電偶，作為主加熱裝置的控溫熱電偶； 在角焊縫上布置1支熱電偶，作為輔助加熱裝置的控溫熱電偶。
[0083] (2)、布置主加熱裝置：采用繩狀加熱器，以對接焊縫為中心，兩側等功率、等寬 度對稱纏繞加熱繩，且兩側纏繞寬度均為接管座長度即90mm，每側纏繞的加熱繩功率為 0. 8kW。
[0084] (3)、布置輔助加熱裝置：采用繩狀加熱器，以角焊縫為中心，在聯(lián)箱筒體上纏繞加 熱繩，布置的功率為10kW。
[0085] (4)、實驗確定輔助加熱裝置恒溫溫度：在1根長6m、規(guī)格為0D63. 5 X 18mm的T91 管道中間位置，布置1組與主加熱裝置相同的試驗加熱裝置，并在試驗加熱裝置兩端各布 置1支測溫熱電偶，采用給定的主加熱裝置焊后熱處理工藝，測得到達恒溫溫度時，試驗加 熱裝置兩端管道上的溫度T D為583°C，將此溫度設為輔助加熱裝置的恒溫溫度。
[0086] (5)、設定主加熱裝置熱處理曲線：按給定的熱處理工藝，設定主加熱裝置熱處理 曲線。
[0087] (6)、設定輔助加熱裝置熱處理曲線：設定輔助加熱裝置恒溫溫度為步驟（4)所實 驗確定的583°C，升溫時間、恒溫時間、從恒溫溫度降至300°C時的降溫速度分別與主加熱 裝置對應相同，即分別為2. 5h，2h，300°C /h。
[0088] (7)、受熱區(qū)域保溫：保溫范圍為加熱元件覆蓋范圍及外側300mm，且各處保溫層 厚度相等。
[0089] (8)、主加熱裝置、輔助加熱裝置同時開始加熱。
[0090] 工程實施時，用測溫設備對加熱區(qū)域的溫度測量表明，采取上述焊后熱處理方法， 對接焊縫處溫度即為加熱區(qū)域最高溫度，滿足接頭焊后熱處理技術要求。
[0091] 實施例2
[0092] 某汽包筒體上有一接管座進行了焊接修復，修復后要求對接管座對接接頭進行焊 后熱處理。汽包筒體材料為SA299,接管座材料為20MnMo,接管座規(guī)格為0D273X28(mm)， 接管座長度100mm ;管道材料為20G，規(guī)格為0D273X 22 (mm)。給定的焊后熱處理工藝參數(shù) 為：恒溫溫度600°C，恒溫時間1. 5h，從室溫升溫至恒溫溫度的時間為2h，從恒溫溫度降溫 至300°C的時間為1. Oh。
[0093] 采用本發(fā)明方法對該接管座對接接頭進行焊后熱處理，具體實施步驟如下：
[0094] (1)、布置熱電偶：在對接焊縫上布置1支熱電偶，作為主加熱裝置的控溫熱電偶； 在角焊縫上布置1支熱電偶，作為輔助加熱裝置的控溫熱電偶。
[0095] (2)、布置主加熱裝置：采用繩狀加熱器，以對接焊縫為中心，上下等功率、等寬度 對稱纏繞加熱繩,且上下纏繞寬度均為100mm。
[0096] (3)、布置輔助加熱裝置：采用圓弧形片狀加熱器，以角焊縫為中心，在汽包筒體上 布置加熱片，作為輔助加熱裝置；
[0097] (4)、確定輔助加熱恒溫溫度：采用有限元計算的方法確定輔助加熱裝置恒溫溫 度。假設只開啟主加熱裝置、按給定熱處理工藝對對接接頭加熱，根據(jù)計算，恒溫溫度下，在 主加熱裝置端部處管道上的溫度T D為510°C。此溫度即為輔助加熱裝置恒溫溫度。
[0098] (5)、設定主加熱裝置熱處理曲線：按給定的熱處理工藝參數(shù)，設定主加熱裝置熱 處理曲線。
[0099] (6)、設定輔助加熱裝置熱處理曲線：設定輔助加熱裝置恒溫溫度為510°C，升溫 時間、恒溫時間、從恒溫溫度降至300°C的降溫速度分別與主加熱裝置對應相同，即分別為 2. Oh, 1. 5h，300°C /h。
[0100] (7)、消除或減少管道空氣流動：在汽包內部，用保溫棉堵塞接管座管口，以消除管 道內的空氣流動。
[0101] (8)、受熱區(qū)域保溫：保溫范圍為加熱元件覆蓋范圍及外側500mm，在汽包內部相 應區(qū)域也覆蓋保溫棉；
[0102] (9)、主加熱裝置、輔助加熱裝置同時開始加熱，進行焊后熱處理。
[0103] 工程實施時，用測溫設備對加熱區(qū)域的溫度測量表明，采取上述焊后熱處理方法， 對接焊縫處溫度即為加熱區(qū)域最高溫度，滿足接頭焊后熱處理技術要求。
[0104] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，所述的接管座對接接頭包括接管座，管 道，筒體，連接所述接管座與所述管道的對接焊縫，以及連接所述接管座與所述筒體的角焊 縫，其特征在于，所述熱處理方法采用獨立設置的主加熱裝置和輔助加熱裝置同時對所述 接管座對接接頭進行加熱，其中： 所述主加熱裝置的設置如下： 加熱元件等功率、等寬度對稱布置在所述對接焊縫的兩端且每端布置的寬度等于接管 座的長度； 控溫熱電偶布置在所述對接焊縫上； 熱處理曲線按給定的焊后熱處理工藝參數(shù)設定； 所述輔助加熱裝置的設置如下： 加熱元件以所述角焊縫為中心布置在所述筒體上； 控溫熱電偶布置在所述角焊縫上； 熱處理曲線按如下參數(shù)設定： 恒溫溫度Tft = TD±30°C，其中，TD為所述主加熱裝置獨立加熱恒溫階段端部處管道上 的溫度； 升溫時間tfS = (1±10% )tzs，其中，tzs為主加熱裝置的升溫時間； 恒溫時間tft = (1±10% )tzh，其中，tzh為主加熱裝置的恒溫時間； 恒溫后降溫至300°C時的降溫速度Vfj = (1 ± 10% ) Vzj，其中，Vzj為主加熱裝置焊后熱 處理降溫速度； 進行所述焊后熱處理時，所述主加熱裝置和輔助加熱裝置同時開始加熱。
2. 根據(jù)權利要求1所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于：所述輔 助加熱裝置的恒溫溫度Tfh = TD± 10°C。
3. 根據(jù)權利要求2所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于：所述輔 助加熱裝置的恒溫溫度Tfh = TD。
4. 根據(jù)權利要求1或2或3所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于： 所述輔助加熱裝置的升溫時間tfS = tzs ;恒溫時間tfh = tzh ;恒溫后降溫至300°C時的降溫 速度 Vfj = VZj。
5. 根據(jù)權利要求1或2或3所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于： 所述的TD通過實驗測量獲得或通過計算獲得。
6. 根據(jù)權利要求5所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于，獲得TD 的實驗過程如下：取與所述管道材質和規(guī)格均相同的管道，在其中間位置布置1組與所述 主加熱裝置相同的試驗加熱裝置，并在試驗加熱裝置兩端各布置1支測溫熱電偶，采用主 加熱裝置的給定焊后熱處理工藝，測得到達恒溫溫度時，試驗加熱裝置兩端管道上的溫度 值，該溫度值即為所述T D。
7. 根據(jù)權利要求1所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于，所述的 接管座的長度小于等于其外徑的3倍。
8. 根據(jù)權利要求1所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于，所述的 接管座和管道為同種鋼或異種鋼。
9. 根據(jù)權利要求1所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于：所述的 接管座和管道的規(guī)格相同或不同。
10.權利要求1所述的接管座對接接頭局部焊后熱處理方法，其特征在于，所述方法包 括如下步驟： (1) 、安裝熱電偶：在所述對接焊縫上安裝1支熱電偶，作為主加熱裝置的控溫熱電偶； 在所述角焊縫上安裝1支熱電偶，作為輔助加熱裝置的控溫熱電偶； (2) 、安裝主加熱裝置：選擇柔性加熱繩或加熱片作為加熱元件，以所述對接焊縫為中 心，在對接焊縫的兩端等功率、等寬度對稱布置加熱元件，且每端布置的加熱元件的寬度等 于接管座的長度； (3) 、安裝輔助加熱裝置：選擇柔性加熱繩或加熱片作為加熱元件，以角焊縫為中心，在 筒體上布置輔助加熱元件； (4) 、設定主加熱裝置熱處理曲線； (5) 、通過實驗測量或者通過計算獲得主加熱裝置獨立加熱恒溫階段端部處管道上的 溫度； (6) 、設定輔助加熱裝置熱處理曲線； (7) 、覆蓋保溫棉：在主加熱裝置和輔助加熱裝置處及其外側至少300_范圍內覆蓋保 溫棉； (8) 、可能的條件下封堵管道端口； (9) 、主加熱裝置和輔助加熱裝置同時開始加熱，按設定的熱處理曲線進行熱處理。
【文檔編號】C21D11/00GK104120241SQ201410404469
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】陳忠兵, 呂一仕, 孫志強 申請人:蘇州熱工研究院有限公司, 中國廣核集團有限公司