專(zhuān)利名稱(chēng)：劣化部位的修復(fù)方法、劣化部位的修復(fù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
例如，在火力發(fā)電廠(chǎng)、原子能發(fā)電廠(chǎng)、及化學(xué)工廠(chǎng)的鍋爐和葉輪機(jī)中所用的構(gòu)成高
溫配管的金屬部件中，由于產(chǎn)生蠕變等而導(dǎo)致劣化，本發(fā)明涉及關(guān)于適用于修復(fù)該劣化部 位的修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，例如，在火力發(fā)電廠(chǎng)、原子能發(fā)電廠(chǎng)、及化學(xué)工廠(chǎng)的鍋爐和葉輪機(jī)中使用 的高溫配管中，隨著長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備會(huì)老化，由于反復(fù)啟動(dòng)和停止，以及急速的負(fù)載變 動(dòng)，而引發(fā)熱疲勞，考慮到此種情況的維修管理越發(fā)顯得重要。 例如，在使用高溫耐壓金屬部件的大口徑厚壁配管中，為了早期發(fā)現(xiàn)其金屬部件 以及其焊接部位的劣化狀況，必須定期進(jìn)行組織檢查、超聲波檢查等非破壞性檢查。根據(jù)該 非破壞性檢查的結(jié)果，對(duì)劣化部位進(jìn)行修補(bǔ)。 在此，作為修補(bǔ)金屬部件的技術(shù)，有使用高頻加熱線(xiàn)圈對(duì)產(chǎn)生蠕變空穴或龜裂的 劣化部位進(jìn)行局部熱處理，利用熱膨脹的內(nèi)壓力將蠕變空穴或龜裂擠壓接合在一起的修復(fù) 技術(shù)(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2003-253337號(hào)公報(bào) 如圖8(a)所示，專(zhuān)利文獻(xiàn)l中記載的修復(fù)技術(shù)利用由高頻加熱線(xiàn)圈構(gòu)成的加熱器 1對(duì)包括劣化部位C在內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行局部加熱。通過(guò)加熱而溫度被升高的區(qū)域?yàn)榧訜釁^(qū)域 3。此時(shí)，由于金屬部件2的加熱區(qū)域3的周?chē)臏囟任幢簧?，因此在加熱區(qū)域3內(nèi)妨礙 其熱膨脹的結(jié)果是，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。因此，存在于加熱區(qū)域3內(nèi)的蠕變空穴或龜裂等劣化部 位C通過(guò)該壓縮應(yīng)力進(jìn)行擠壓接合而消失。為了增大該空穴擠壓接合處理的壓縮應(yīng)力，盡 可能地提高加熱區(qū)域3的溫度是很有效的。然而，當(dāng)提高加熱區(qū)域3的溫度時(shí)，由于加熱器 1附近的金屬部件2的外表面會(huì)熔融，所以加熱溫度不能過(guò)高。而且，如圖8(b)所示，加熱 處理后，該區(qū)域在冷卻的過(guò)程中，加熱區(qū)域3會(huì)收縮。此時(shí)，由于加熱區(qū)域3的周?chē)拗萍訜?區(qū)域3的收縮，所以加熱區(qū)域3內(nèi)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。因此，暫時(shí)擠壓接合在一起的劣化部位C 就會(huì)被拉開(kāi)。再有，修補(bǔ)后的加熱區(qū)域3內(nèi)會(huì)產(chǎn)生拉伸的殘余應(yīng)力，從而恐怕無(wú)法長(zhǎng)期維持 修補(bǔ)狀態(tài)。進(jìn)而，通過(guò)空穴擠壓接合處理，結(jié)晶組織會(huì)變得粗大，在之后的再結(jié)晶熱處理中， 由于夾有相變點(diǎn)，所以在升溫降溫的熱循環(huán)中，粗大的硬化組織恐怕也會(huì)殘留下來(lái)，所以也 就需要進(jìn)行充分的再結(jié)晶化。 因此，為了可靠地修復(fù)劣化部位C，必須將加熱時(shí)的擠壓接合應(yīng)力取為足夠大，減 小冷卻時(shí)的殘留拉伸應(yīng)力，或者將粗大化的硬化組織進(jìn)行充分再結(jié)晶，形成與母體材料同 等的組織。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況而提出，目的在于提供一種劣化部位的修復(fù)方法，該方法容 易且可靠地對(duì)金屬部件中產(chǎn)生的劣化部位進(jìn)行修補(bǔ)、修復(fù)，并能長(zhǎng)期維持修補(bǔ)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)
3金屬部件的長(zhǎng)壽命。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)嵤┝踊课坏男迯?fù)方法的劣 化部位的修復(fù)裝置。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的劣化部位的修復(fù)方法是對(duì)金屬部件中產(chǎn)生的劣化部 位進(jìn)行修復(fù)的方法，其特征在于，包括第一加熱工序，對(duì)包括劣化部位在內(nèi)的局部區(qū)域進(jìn) 行加熱，形成第一加熱區(qū)域，由于周?chē)鷮?duì)第一加熱區(qū)域的熱膨脹的限制而對(duì)第一加熱區(qū)域 產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，利用該壓縮應(yīng)力將劣化部位擠壓接合在一起；第二加熱工序，在第一加熱區(qū) 域的加熱中，從第一加熱工序的加熱開(kāi)始，經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，通過(guò)對(duì)第一加熱區(qū)域的周?chē)M(jìn) 行加熱，形成第二加熱區(qū)域。 根據(jù)本發(fā)明，在利用第一加熱工序?qū)α踊课贿M(jìn)行局部加熱中，通過(guò)利用第二加 熱工序?qū)Φ谝患訜釁^(qū)域周?chē)M(jìn)行加熱，而使第一加熱區(qū)域周?chē)募訜岵糠值臒崤蛎洰a(chǎn)生的 壓力作用于第一加熱區(qū)域，來(lái)增大對(duì)劣化部位起作用的壓縮應(yīng)力。而且，先進(jìn)行第一加熱工 序，待第一加熱區(qū)域的壓縮應(yīng)力充分蠕變緩和后，進(jìn)行第二加熱工序，與同時(shí)加熱第一加熱 區(qū)域和第二加熱區(qū)域的情況相比，增加了施加于劣化部位的壓縮應(yīng)力并可靠地將劣化部位 擠壓接合在一起。即，本發(fā)明中，利用第二加熱區(qū)域的熱膨脹，獲得了進(jìn)一步對(duì)第一加熱區(qū) 域施加壓縮應(yīng)力的效果。 本發(fā)明中，優(yōu)選使第一加熱工序和第二加熱工序持續(xù)預(yù)定時(shí)間。這是因?yàn)閷⒗?加熱而從外部施加的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)使金屬部件的厚壁內(nèi)部的溫度充分上升，從而可靠地 將劣化部位擠壓接合在一起的緣故。 本發(fā)明中作為對(duì)象的金屬部件通常具有母體材料和連接母體材料的焊接金屬，劣 化部位存在于焊接產(chǎn)生的母體材料的熱影響部位。多數(shù)情況是除熱影響部位之外的母體 材料部分不如熱影響部位劣化。這種情況下，第一加熱區(qū)域由包括熱影響部位在內(nèi)的區(qū)域 形成。同樣，第二加熱區(qū)域優(yōu)選形成于接近熱影響部位的母體材料部分。除熱影響部位之 外的母體材料部分與熱影響部位相比劣化少，即使在修復(fù)處理形成的殘余拉伸應(yīng)力的作用 下，通常也具有足夠的壽命。而且，焊接金屬有可能受蠕變損傷而產(chǎn)生空穴，所以當(dāng)對(duì)該區(qū) 域進(jìn)行加熱時(shí)，存在冷卻時(shí)拉伸應(yīng)力起作用而加速損傷的危險(xiǎn)性。因此焊接金屬部分優(yōu)選 避免以第一加熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域?yàn)閷?duì)象的情況。 本發(fā)明中，優(yōu)選包括同步進(jìn)行第一加熱區(qū)域的冷卻和第二加熱區(qū)域的冷卻的冷卻 工序。由此，在合并第一加熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域的區(qū)域內(nèi)，受到冷卻時(shí)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。 并且，與只有第一加熱區(qū)域受到拉伸應(yīng)力的圖8的情況相比，如本發(fā)明所示，當(dāng)合并第一加 熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域的區(qū)域內(nèi)受到拉伸應(yīng)力時(shí)，會(huì)降低絕對(duì)的拉伸應(yīng)力。因此，暫時(shí)擠壓 接合的劣化部位再次裂開(kāi)的危險(xiǎn)性降低，在修復(fù)后的設(shè)備運(yùn)行中作用于劣化修復(fù)部位的殘 留拉伸應(yīng)力也進(jìn)一步降低。 優(yōu)選，在冷卻工序結(jié)束后，對(duì)金屬部件中進(jìn)行了第一、第二加熱處理的修復(fù)處理部 位實(shí)施再結(jié)晶熱處理。再結(jié)晶熱處理是反復(fù)進(jìn)行多次將金屬部件加熱到其相變點(diǎn)以上再冷 卻到低于相變點(diǎn)這種處理的處理。通過(guò)實(shí)施該處理，沿著組織粒界存在的空穴、析出物或粒 界偏析被封閉在粒子內(nèi)，從而減緩了龜裂的傳播速度，并能降低損傷擴(kuò)展的速度。進(jìn)而，在 該加熱冷卻過(guò)程中，通過(guò)進(jìn)行等溫共析相變處理，能夠消除修復(fù)處理中產(chǎn)生的粗大的硬化 組織。因此，在進(jìn)行修復(fù)處理的部位中，能抑制阻礙斷裂延展性的主要原因，從而獲得良好 的延展性。
為實(shí)施以上修復(fù)方法，本發(fā)明提供一種劣化部位的修復(fù)裝置，對(duì)金屬部件中產(chǎn)生 的劣化部位進(jìn)行修復(fù)，其特征在于，具有第一加熱器，其配置在面向劣化部位的位置且對(duì) 劣化部位進(jìn)行局部加熱；第二加熱器，其對(duì)由第一加熱器加熱的加熱區(qū)域的周?chē)M(jìn)行加熱。
在該裝置中，通過(guò)使第一加熱器進(jìn)行的加熱先于第二加熱器進(jìn)行的加熱，能夠?qū)?金屬部件產(chǎn)生的劣化部位及其周?chē)M(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂撇⑦M(jìn)行加熱、冷卻，從而容易實(shí)施 劣化部位的最適宜的熱處理。 本發(fā)明是能夠單獨(dú)實(shí)施再結(jié)晶熱處理的方法，其特征在于，反復(fù)進(jìn)行多次將金屬 部件加熱到相變點(diǎn)以上再冷卻到低于相變點(diǎn)的加熱冷卻處理，在以?shī)A有相變點(diǎn)的方式進(jìn)行 升溫降溫的加熱冷卻過(guò)程中，執(zhí)行等溫共析相變處理。 由此，利用熱處理進(jìn)行修復(fù)的部位通過(guò)熱處理后的加熱冷卻工序而形成為富有延 展性的組織，而且，沿著組織粒界存在的空穴、析出物或粒界偏析被封閉在粒子內(nèi)，從而延 緩了龜裂的傳播速度，也降低了損傷的擴(kuò)展速度，并且，通過(guò)等溫共析相變工序，消除了粗 大的硬化組織，抑制了斷裂延展性的阻礙，獲得了更好的延展性。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明的劣化部位的修復(fù)方法，由于對(duì)劣化部位周?chē)募訜嵋t于對(duì)劣化部 位的加熱，所以能使更大的壓縮應(yīng)力作用于劣化部位。而且，由于同步冷卻劣化部位及其周 圍，所以冷卻時(shí)能夠?qū)⒘踊课划a(chǎn)生的拉伸應(yīng)力分散到大范圍內(nèi)，從而能夠極力抑制拉伸 應(yīng)力對(duì)修復(fù)部位的影響。 由此，還能夠減少修復(fù)部位的拉伸的殘留應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)金屬部件的壽命延長(zhǎng)。
而且，在使修復(fù)處理部位進(jìn)行多次相變的加熱冷卻工序的基礎(chǔ)上，在預(yù)定溫度下 將修復(fù)處理部位保持一定時(shí)間，進(jìn)行使相變持續(xù)的等溫共析相變工序，由此，能夠?qū)⒀亟M織 粒界存在的空穴、析出物或粒界偏析封閉在粒子內(nèi)。而且，能夠消除粗大的硬化組織并抑制 斷裂延展性的阻礙，從而獲得良好的延展性。其結(jié)果，能夠延緩龜裂的傳播速度，降低損傷 的擴(kuò)展速度。 另外，根據(jù)本發(fā)明的劣化部位的修復(fù)裝置，由于具有第一加熱器和第二加熱器，因 此通過(guò)對(duì)所述第一、第二加熱器進(jìn)行溫度控制，而能夠?qū)饘俨考挟a(chǎn)生的劣化部位及其 周?chē)M(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂撇⑦M(jìn)行加熱、冷卻，從而容易實(shí)施修復(fù)劣化部位所需的最適宜的 熱處理。


圖1是示出本發(fā)明實(shí)施方式的修復(fù)裝置的立體圖。
圖2是示出利用修復(fù)裝置進(jìn)行修復(fù)時(shí)的加熱器的位置關(guān)系的圖。
圖3是示出加熱器相對(duì)于修復(fù)部位的配置狀態(tài)的剖面圖。
圖4是示出修復(fù)時(shí)的溫度變化的曲線(xiàn)圖。 圖5是說(shuō)明劣化部位修復(fù)方法的圖，(a)是示出利用主加熱器進(jìn)行加熱的狀態(tài)的
剖面圖，(b)是示出利用主加熱器和副加熱器進(jìn)行加熱的狀態(tài)的剖面圖。 圖6是示出本實(shí)施方式的修復(fù)方法中的再結(jié)晶熱處理時(shí)的溫度變化及金屬組織
的變化的曲線(xiàn)圖。 圖7是HAZ部15的顯微鏡照片，(a)是修復(fù)熱處理前的顯微鏡照片，(b)是修復(fù)熱
5處理后的顯微鏡照片。 圖8是說(shuō)明以前的修復(fù)方法的圖，(a)是示出進(jìn)行加熱的狀態(tài)的剖面圖，(b)是示 出冷卻過(guò)程的狀態(tài)的剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明
ll修復(fù)裝置 14高溫耐壓焊接部(金屬部件) [OO35] 15HAZ部(熱影響部位) [OO36] 25主加熱器(第一加熱器) [OO37] 26副加熱器(第二加熱器)
C劣化部位 HA1加熱區(qū)域(第一加熱區(qū)域) [O(HO] HA2加熱區(qū)域(第二加熱區(qū)域)
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)本發(fā)明的劣化部位的修復(fù)方法及裝置的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的修復(fù)裝置的立體圖。圖2是示出利用修復(fù)裝置實(shí) 施修復(fù)方法時(shí)的加熱器的位置關(guān)系的圖。圖3是示出加熱器相對(duì)于修復(fù)部位的配置狀態(tài)的 剖面圖。 如圖1所示，該修復(fù)裝置11安裝在由例如低合金鋼管形成的配管12上。
在此，如圖2及圖3所示，在通過(guò)焊接金屬13將配管12彼此焊接在一起的高溫耐 壓焊接部(金屬部件)14中，由于對(duì)焊接金屬13進(jìn)行焊接時(shí)的熱影響，而在焊接金屬13與 各配管12的邊界部產(chǎn)生HAZ部(熱影響部位Heat Affected Zone) 15。并且，在該高溫耐 壓焊接部14中，由于長(zhǎng)期使用，而在HAZ部15處產(chǎn)生許多蠕變空穴或龜裂等劣化部位C。 因此，尤其是成為HAZ部15的強(qiáng)度降低而高溫耐壓焊接部14的斷裂等的主要原因。
在此，作為配管12的材質(zhì)，例如有Cr含量3X以下(但不包括0) 、 Mo含量2%以 下(但不包括0)的低合金鋼(STPA22、 STPA23、 STPA24)。而且，作為焊接金屬13的材質(zhì)， 例如有和配管12材質(zhì)一樣的金屬，Cr含量3X以下(但不包括0)、Mo含量2X以下(但不 包括0)。當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于上述列舉的材質(zhì)，也可使用其他各種材質(zhì)。
因此，在本實(shí)施方式中，以將修復(fù)裝置ll安裝在配管12上而修復(fù)HAZ部15中劣 化部位C所產(chǎn)生的高溫耐壓焊接部14的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。 該修復(fù)裝置11的分別由高頻加熱線(xiàn)圈構(gòu)成的主加熱器(第一加熱器)25和副加 熱器(第二加熱器)26相互隔開(kāi)間隔并列配置。所述主加熱器25和副加熱器26為平板狀， 在將修復(fù)裝置11安裝在配管12上的狀態(tài)下，沿著配管12的外周面配置。
在將修復(fù)裝置11沿著配管12的外周面配置的狀態(tài)下，主加熱器25配置在與配管 12和焊接金屬13的邊界部相對(duì)的位置(面向劣化部位C的位置)上。而且，副加熱器26 配置在與配管12和焊接金屬13的邊界部相偏離的位置上，并與配管12相對(duì)。S卩，副加熱 器26配置為，面向由主加熱器25進(jìn)行加熱的加熱區(qū)域的周?chē)?、與配管12和焊接金屬13 的邊界部相偏離的部分。由此，修復(fù)裝置11能夠?qū)Πㄓ芍骷訜崞?5進(jìn)行加熱的加熱區(qū) 域HA1(圖5)在內(nèi)的、高溫耐壓焊接部14及其周?chē)拇蠓秶M(jìn)行加熱。這些主加熱器25
6和副加熱器26并不僅限于平板狀，也可在配管12的整周為環(huán)狀或圓弧狀。 另外，修復(fù)裝置11具有線(xiàn)圈冷卻用的水冷管27和電力電纜29?？刂浦骷訜崞?5
和副加熱器26，以使通過(guò)各加熱器正下方的部件表面上安裝的熱電偶所檢測(cè)到的部件表面
溫度成為預(yù)定的溫度。 接著，對(duì)使用上述修復(fù)裝置11來(lái)修復(fù)配管12的高溫耐壓焊接部14的順序進(jìn)行說(shuō) 明。 本實(shí)施方式中，利用修復(fù)裝置11進(jìn)行修復(fù)熱處理和再結(jié)晶熱處理。
(修復(fù)熱處理) 首先對(duì)修復(fù)熱處理進(jìn)行說(shuō)明，圖4是示出修復(fù)熱處理時(shí)的溫度變化的曲線(xiàn)圖。圖 5是說(shuō)明劣化部位修復(fù)方法的剖面圖。
(1)前處理工序 首先，根據(jù)需要除去作為修復(fù)對(duì)象部位的高溫耐壓焊接部14上的氧化膜。
接著，將主加熱器25配置在面向配管12與焊接金屬13的邊界部的位置上，如此， 將副加熱器26配置在與配管12和焊接金屬13的邊界部相偏離的位置上，面向配管12。
(2)局部加熱工序(第一加熱工序) 該狀態(tài)中，如圖4中實(shí)線(xiàn)所示，首先利用主加熱器25將高溫耐壓焊接部14的配 管12與焊接金屬13的邊界部件的表面快速加熱到溫度Tl (例如10分鐘內(nèi)加熱到1050 125(TC，優(yōu)選加熱到1200°C )。此外，該溫度Tl優(yōu)選取為高于材料相變點(diǎn)(例如，a -Fe和 Y -Fe的相變點(diǎn)即A3相變點(diǎn))的溫度。 由此，在高溫耐壓焊接部14中的由主加熱器25進(jìn)行加熱的加熱區(qū)域(第一加熱 區(qū)域)HA1內(nèi)，加熱部分產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)，由于加熱區(qū)域HA1的周?chē)串a(chǎn)生熱膨脹，所以對(duì) 加熱區(qū)域HA1的熱膨脹形成束縛力。因此，由于自身的熱膨脹、周?chē)氖`而使壓縮應(yīng)力作 用于加熱區(qū)域HA1。利用該壓縮應(yīng)力將由蠕變空穴等構(gòu)成的劣化部位C擠壓接合。作用于 加熱區(qū)域HA1的壓縮應(yīng)力如圖5(a)中箭頭所示。
(3)周?chē)訜峁ば?第二加熱工序) 主加熱器25開(kāi)始加熱，經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，在繼續(xù)由主加熱器25加熱期間，開(kāi)始由 副加熱器26加熱，將主加熱器25進(jìn)行加熱的加熱區(qū)域HA1附近加熱到圖4中虛線(xiàn)所示的 分布圖中的溫度T1。在主加熱器25正下方的部件表面達(dá)到目標(biāo)溫度(溫度T1)后，例如 300秒后，開(kāi)始由副加熱器26加熱。 由此，由副加熱器26加熱的配管12的加熱區(qū)域(第二加熱區(qū)域)HA2中產(chǎn)生熱膨 脹。并且，由于加熱區(qū)域HA2的加熱部分的與加熱區(qū)域HA1相鄰一側(cè)的相反側(cè)(圖5中右 側(cè))的母體材料部分沒(méi)有熱膨脹，所以形成束縛。由此，該加熱區(qū)域HA2的加熱部分的由熱 膨脹力產(chǎn)生的壓力作為壓縮應(yīng)力作用于由主加熱器25加熱而軟化的加熱區(qū)域HA1內(nèi)，因 此，可提高劣化部位C的擠壓接合效果。為了獲得這種效果，需要將局部加熱工序和周?chē)?熱工序持續(xù)預(yù)定時(shí)間。作用于加熱區(qū)域HA1的壓縮應(yīng)力如圖5(b)中箭頭所示。
另外，通過(guò)利用該副加熱器26進(jìn)行加熱，并通過(guò)與利用主加熱器25加熱的相乘效 果，能夠?qū)Πɡ弥骷訜崞?5加熱的修復(fù)部位的加熱區(qū)域HA1在內(nèi)的高溫耐壓焊接部14 及其周?chē)拇蠓秶M(jìn)行加熱。如此，通過(guò)擴(kuò)展加熱范圍，能夠在后續(xù)的冷卻工序中降低拉伸 應(yīng)力。
(4)冷卻工序 如上所述，利用主加熱器25對(duì)加熱區(qū)域HAl進(jìn)行局部加熱后，將利用副加熱器26 進(jìn)行的對(duì)周?chē)募訜釁^(qū)域HA2的加熱持續(xù)預(yù)定時(shí)間，然后，如圖4所示，使由主加熱器25和 副加熱器26加熱的加熱溫度同步下降。此外，冷卻速度，例如優(yōu)選為5(TC/hr。由此，包括 高溫耐壓焊接部14的修復(fù)部位在內(nèi)的大范圍得到緩慢冷卻。 由此，由于冷卻時(shí)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力分散在高溫耐壓焊接部14的大范圍內(nèi)即至少 包括加熱區(qū)域HAl和加熱區(qū)域HA2的區(qū)域內(nèi)，因此，其絕對(duì)值低于僅存在于加熱區(qū)域HA1的 情況。因此，能夠極力抑制冷卻工序中由熱收縮產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力對(duì)修復(fù)部位的影響。
因此，擠壓接合的劣化部位既不會(huì)開(kāi)裂又不會(huì)在高溫耐壓焊接部14中產(chǎn)生拉伸 的殘留應(yīng)力這一類(lèi)不好的情況，能夠長(zhǎng)期維持該高溫耐壓焊接部14的修復(fù)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn) 配管12的長(zhǎng)壽命。 [ooes](再結(jié)晶熱處理) 以下對(duì)再結(jié)晶熱處理進(jìn)行說(shuō)明，圖6是示出本實(shí)施方式的修復(fù)方法中的再結(jié)晶熱 處理時(shí)的溫度變化和金屬組織變化的曲線(xiàn)圖。 如圖6中符號(hào)al所示，上述修復(fù)熱處理中緩慢冷卻的修復(fù)部位金屬組織的一部分
形成為含有鐵素體的貝氏體組織。
(1)加熱工序 在再結(jié)晶熱處理中，首先利用主加熱器25將該修復(fù)部位加熱到超過(guò)A3相變點(diǎn)的
溫度T3 (例如900 950°C ，優(yōu)選約930°C )，保持預(yù)定時(shí)間(例如30 120分鐘，優(yōu)選60
分鐘)。如圖6中符號(hào)a2所示，該熱處理將修復(fù)部位的金屬組織形成為奧氏體組織。此時(shí)
金屬組織中殘留有一部分修復(fù)熱處理時(shí)形成的粗大硬化組織。并且，該粗大硬化組織恐怕
會(huì)阻礙斷裂延展性。 (2)等溫共析相變工序 接下來(lái)，控制主加熱器25的溫度，將修復(fù)部位冷卻到比A3相變點(diǎn)低的溫度T4 (例 如680 730°C ，優(yōu)選約700°C )，在該溫度T4下保持恒定時(shí)間(例如從180分鐘到600分 鐘，優(yōu)選300分鐘)，實(shí)施等溫共析相變處理。這種熱處理可使奧氏體組織共析相變。因此， 如圖6中符號(hào)a3所示，修復(fù)部位的金屬組織成為由鐵素體和珠光體共同析出的鐵素體珠光 體組織，同時(shí)消除掉粗大的硬化組織。 在此，當(dāng)?shù)葴毓参鱿嘧兊谋３譁囟鹊陀诘葴毓参鱿嘧兊募舛?nose)時(shí)，修復(fù)部位 的等溫共析相變需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且，當(dāng)大大超過(guò)此尖端時(shí)，修復(fù)部位難以進(jìn)行等溫共析相 變。因此，在等溫共析相變工序中，作為保持的溫度T4，優(yōu)選能夠使修復(fù)部位的金屬組織平 滑地進(jìn)行等溫共析相變的溫度。 另外，在等溫共析相變工序中，作為保持為溫度T4的時(shí)間，只要是使上述第一加
熱工序和第二加熱工序中的結(jié)晶粒粗大化的區(qū)域完成等溫共析相變的時(shí)間即可。
(3)加熱工序 利用主加熱器25將修復(fù)部位再次加熱到超過(guò)A3相變點(diǎn)的溫度T3，并保持預(yù)定的 時(shí)間(例如30 120分鐘，優(yōu)選60分鐘)。如圖6中符號(hào)a4所示，該熱處理將修復(fù)部位的 金屬組織再次形成為奧氏體組織。此時(shí)，由于金屬組織在之前的等溫共析相變工序中消除 了粗大的硬化組織，所以形成為沒(méi)有該粗大的硬化組織的奧氏體組織。
(4)冷卻工序 接下來(lái)，將修復(fù)部位冷卻到充分低于A3相變點(diǎn)的溫度T5 (例如550 650°C ，優(yōu)選 約500°C )，通過(guò)該熱處理，如圖6中符號(hào)a5所示，將修復(fù)部位形成為鐵素體和珠光體共同 析出在奧氏體組織的一部分中的金屬組織。
(5)加熱工序 利用主加熱器25將修復(fù)部位再次加熱到超過(guò)A3相變點(diǎn)的溫度T3，并保持預(yù)定時(shí) 間(例如30 120分鐘，優(yōu)選60分鐘)。如圖6中符號(hào)a6所示，該熱處理將修復(fù)部位的金 屬組織再次形成為奧氏體組織。
(6)冷卻工序 其后，控制主加熱器25的溫度，以預(yù)定的冷卻速度(例如50°C /hr左右)冷卻修 復(fù)部位。 并且，通過(guò)如此冷卻，修復(fù)部位的金屬組織中，如圖6中符號(hào)a7所示，奧氏體組織 連續(xù)冷卻相變，如圖6中符號(hào)a8所示，形成為含有貝氏體的鐵素體珠光體組織。
并且，在上述再結(jié)晶熱處理中，通過(guò)控制主加熱器25的溫度，對(duì)修復(fù)部位進(jìn)行加 熱、冷卻而反復(fù)進(jìn)行多次相變處理，由此，將修復(fù)部位形成為富有和母體材料配管12相同 延展性的鐵素體珠光體組織。而且，通過(guò)上述再結(jié)晶熱處理，而將焊接時(shí)沿粒界存在的空 穴、析出物或粒界偏析封閉在粒子內(nèi)，從而延緩了龜裂的傳播速度，降低了損傷的擴(kuò)展速 度。而且，由于通過(guò)再結(jié)晶熱處理的過(guò)程中進(jìn)行的等溫共析相變工序而消除了粗大硬化的 組織，因此抑制斷裂延展性的阻礙，獲得良好的延展性。 如以上說(shuō)明所示，根據(jù)本實(shí)施方式的劣化部位的修復(fù)方法，能夠使劣化部位C的 周?chē)挠杉訜釁^(qū)域HA2構(gòu)成的加熱部分的熱膨脹力產(chǎn)生的壓力作用于劣化部位C的加熱區(qū) 域HA1。由此，能夠利用高壓縮力可靠地將劣化部位C擠壓結(jié)合在一起，并在劣化部位C的 加熱區(qū)域HA1的整個(gè)厚度都得到很好的修復(fù)，從而能夠提高修復(fù)品質(zhì)。
另夕卜，由于同時(shí)對(duì)劣化部位C及其周?chē)M(jìn)行冷卻，所以能夠使冷卻時(shí)在劣化部位C 中產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力分散到大范圍內(nèi)，從而能夠極力抑制拉伸應(yīng)力對(duì)修復(fù)部位的影響。而且， 修復(fù)部位不再有產(chǎn)生殘留拉伸應(yīng)力之類(lèi)的不好情況，能夠長(zhǎng)期維持高溫耐壓焊接部14的 修補(bǔ)狀態(tài)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)配管12的長(zhǎng)壽命。此外，本實(shí)施方式中，只示出了第一加熱和第二 加熱兩次加熱，但是加熱次數(shù)可以為多次，并不僅限于兩次。 進(jìn)而，在修復(fù)部位中，通過(guò)進(jìn)行使修復(fù)部位數(shù)次相變的加熱、冷卻工序和將修復(fù)部 位在預(yù)定溫度下保持一定時(shí)間而使相變持續(xù)的等溫共析相變工序，能夠使修復(fù)部位形成富 有與配管12母體材料同等延展性的組織。而且，通過(guò)將沿組織粒界存在的空穴、析出物或 粒界偏析封閉在粒子內(nèi)，能夠延緩龜裂的傳播速度并降低損傷的擴(kuò)展速度。而且，通過(guò)消除 粗大的硬化組織，能夠抑制對(duì)斷裂延展性的阻礙，獲得良好的延展性。 另外，根據(jù)本實(shí)施方式的劣化部位C的修復(fù)裝置11，由于具有主加熱器25和副加 熱器26，通過(guò)控制所述主加熱器25和副加熱器26的溫度，能夠?qū)Ω邷啬蛪汉附硬?4中產(chǎn) 生的劣化部位C及其周?chē)M(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂撇⑦M(jìn)行加熱、冷卻，而容易實(shí)施對(duì)劣化部位C 的最適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?進(jìn)而，作為再結(jié)晶熱處理中的由加熱冷卻工序進(jìn)行的修復(fù)部位的相變的反復(fù)次 數(shù)，優(yōu)選3 5次。
9
另外，本實(shí)施方式中，只以具有主加熱器25和副加熱器26這兩個(gè)加熱器的裝置為 例進(jìn)行了說(shuō)明，但加熱器的數(shù)量為多個(gè)即可，并不局限于兩個(gè)。 此外，作為主加熱器25和副加熱器26，并不局限于高頻加熱線(xiàn)圈，也能夠使用能 進(jìn)行溫度控制的各種加熱器。
實(shí)施例 對(duì)上述說(shuō)明的方法進(jìn)行了確認(rèn)。對(duì)于配管12，使用由STAP24材質(zhì)(2. 25% Cr-l % Mo鋼)構(gòu)成的，其管徑為355mm，
壁厚為77mm的配管。而且，焊接金屬13也使用和配管12 —樣材質(zhì)的材料。 圖7 (a)是修復(fù)熱處理之前的HAZ部15的顯微鏡照片，空穴(劣化部位C)的個(gè)數(shù)
密度為930個(gè)/mm2。 在與配管12和焊結(jié)金屬13的邊界部相對(duì)的位置上，距離配管12的表面沿徑向離 開(kāi)10mm處配置有主加熱器25。從配管12和焊接金屬13的邊界部開(kāi)始，沿配管12的周向 偏離50mm，沿徑向偏離10mm的位置上配置有副加熱器26。 并且，通過(guò)主加熱器25將高溫耐壓焊接部14的配管12和焊接金屬13的邊界部 件的表面快速加熱到溫度Tl = 1200°C。 通過(guò)主加熱器25的加熱而使高溫耐壓焊接部14的配管12與焊接金屬13的邊界 部件的表面溫度達(dá)到Tl = 120(TC開(kāi)始300秒后，在繼續(xù)用主加熱器25進(jìn)行加熱期間，開(kāi) 始利用副加熱器26加熱，將由主加熱器25形成的加熱區(qū)域HA1的附近加熱到溫度T1 = 1200°C。利用副加熱器26對(duì)周?chē)募訜釁^(qū)域HA2繼續(xù)加熱1200秒后，以50°C /hr的冷卻
速度使主加熱器25和副加熱器26的加熱溫度同步下降。 隨后將修復(fù)部位用主加熱器25加熱到93(TC，保持60分鐘。 接著控制主加熱器25的溫度，將修復(fù)部位冷卻到700°C ，保持300分鐘，實(shí)施等溫 共析相變處理。 繼續(xù)用主加熱器25將修復(fù)部位加熱到930°C ，保持60分鐘后，將修復(fù)部位冷卻到 500°C。 再用主加熱器25將修復(fù)部位加熱到930°C ，保持60分鐘后，以50°C /hr的速度冷 卻修復(fù)部位。 圖7(b)是修復(fù)熱處理后HAZ部15的顯微鏡照片。經(jīng)確認(rèn)空穴(劣化部位C)的 個(gè)數(shù)密度為140個(gè)/m^，與修復(fù)熱處理前相比，空穴個(gè)數(shù)密度減少了 85%。而且，確認(rèn)了空 穴在修復(fù)熱處理前位于粒界，而在修復(fù)熱處理后被封閉在粒子內(nèi)。
權(quán)利要求
一種劣化部位的修復(fù)方法，對(duì)金屬部件中產(chǎn)生的劣化部位進(jìn)行修復(fù)，其特征在于，具備第一加熱工序，對(duì)包括所述劣化部位在內(nèi)的局部區(qū)域進(jìn)行加熱，形成第一加熱區(qū)域，由于周?chē)鷮?duì)所述第一加熱區(qū)域的熱膨脹的限制而對(duì)所述第一加熱區(qū)域產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，利用該壓縮應(yīng)力將所述劣化部位擠壓接合在一起；第二加熱工序，在所述第一加熱區(qū)域的加熱中，從所述第一加熱工序的加熱開(kāi)始，經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，通過(guò)對(duì)所述第一加熱區(qū)域的周?chē)M(jìn)行加熱，形成第二加熱區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于， 使所述第一加熱工序和所述第二加熱工序持續(xù)預(yù)定時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于， 所述金屬部件具有母體材料和連接所述母體材料的焊接金屬， 所述劣化部位存在于焊接產(chǎn)生的所述母體材料的熱影響部位， 所述第一加熱區(qū)域由包括所述熱影響部位在內(nèi)的區(qū)域形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于， 所述第二加熱區(qū)域形成于接近所述熱影響部位的所述母體材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于， 包括同步進(jìn)行所述第一加熱區(qū)域的冷卻和所述第二加熱區(qū)域的冷卻的冷卻工序。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于， 在所述冷卻工序結(jié)束后，對(duì)所述第一及第二加熱區(qū)域?qū)嵤┰俳Y(jié)晶熱處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于，所述再結(jié)晶熱處理反復(fù)進(jìn)行多次將所述金屬部件加熱到其相變點(diǎn)以上再冷卻到低于 所述相變點(diǎn)的處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的劣化部位的修復(fù)方法，其特征在于， 在實(shí)施所述再結(jié)晶熱處理的過(guò)程中，進(jìn)行等溫共析相變處理。
9. 一種劣化部位的修復(fù)裝置，對(duì)金屬部件中產(chǎn)生的劣化部位進(jìn)行修復(fù)，其特征在于，具有第一加熱器，其配置在面向所述劣化部位的位置并對(duì)所述劣化部位進(jìn)行局部加熱； 第二加熱器，其對(duì)由所述第一加熱器加熱的加熱區(qū)域的周?chē)M(jìn)行加熱。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的劣化部位的修復(fù)裝置，其特征在于， 所述第一加熱器進(jìn)行的加熱先于所述第二加熱器進(jìn)行的加熱。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種容易且可靠地對(duì)金屬部件中產(chǎn)生的劣化部位進(jìn)行修補(bǔ)、修復(fù)，可靠地實(shí)現(xiàn)金屬部件的長(zhǎng)壽命的劣化部位的修復(fù)方法等。進(jìn)行利用主加熱器(25)對(duì)劣化部位(C)進(jìn)行局部加熱而由熱膨脹形成的壓縮應(yīng)力將劣化部位(C)擠壓接合在一起的局部加熱工序、和利用副加熱器(26)對(duì)局部加熱工序中的加熱區(qū)域(HA1)的周?chē)浇M(jìn)行加熱的周?chē)訜峁ば颍螅M(jìn)行對(duì)由主加熱器(25)加熱的加熱區(qū)域(HA1)和由副加熱器(26)加熱的加熱區(qū)域(HA2)進(jìn)行同時(shí)冷卻的冷卻工序。
文檔編號(hào)C21D9/50GK101784682SQ20088010442
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者兒玉克, 坂田文稔, 小林雅浩, 尾崎政司, 手塚英志, 椎橋啟, 竹內(nèi)巧, 西村宣彥 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社