大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預(yù)熱和焊后熱處理，工藝步驟如下：焊前預(yù)熱：將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預(yù)設(shè)的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側(cè)管壁上分別貼附遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器；將監(jiān)控?zé)犭娕脊潭ㄓ谄驴谶吘壧?；根?jù)預(yù)設(shè)溫度對合金鋼管進(jìn)行預(yù)熱；焊后熱處理：焊接后，在焊縫中心位置固定控溫?zé)犭娕迹辉诤附雍蟮暮辖痄摴鼙谏箱佋O(shè)保溫棉形成保溫層，保溫層將遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器完全包覆；在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在焊縫中心線左右兩側(cè)的寬度相等；感應(yīng)線圈的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接；啟動中頻電源，進(jìn)行焊后加熱，升降溫速度S不應(yīng)大于150℃/h，恒溫溫度為750℃?770℃，恒溫時間T不小于4 h。
【專利說明】
大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，用于大口徑壁厚的合金鋼管材的焊接熱處理。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前，火電機(jī)組向大容量高參數(shù)發(fā)展，安裝工程的管材材質(zhì)要求越來越高，大多使用合金鋼材質(zhì)，壁厚越來越大，需要進(jìn)行焊接熱處理的焊口也越來越多。
[0004]合金鋼的焊接及厚部件的焊接，必須要進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。焊前預(yù)熱是為了降低焊縫的冷卻速度，防止接頭生成淬硬組織，產(chǎn)生冷裂紋。在焊接過程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，以及構(gòu)件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束，在焊接工作結(jié)束后，在構(gòu)件中總會產(chǎn)生焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力在構(gòu)件中的存在，會降低焊接接頭區(qū)的實際承載能力，產(chǎn)生塑性變形，嚴(yán)重時，還會導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。焊后熱處理是使焊好的工件在高溫狀態(tài)下，其屈服強(qiáng)度下降，來達(dá)到松弛焊接應(yīng)力的目的。
[0005]常用的焊接熱處理主采用為遠(yuǎn)紅外加熱方法。采用遠(yuǎn)紅外加熱方法主要存在以下幾個問題:
1、由于遠(yuǎn)紅外加熱是由陶瓷加熱器產(chǎn)生熱量，再傳導(dǎo)到管子上，這種由表及里的逐步衰減的熱傳遞方法，使管子內(nèi)外壁的溫度不一樣，焊口內(nèi)外壁溫差較大，導(dǎo)致熱處理的硬度不理想。
[0006]2、焊口內(nèi)外壁溫差大，加熱過程中不可以調(diào)節(jié)，導(dǎo)致管道熱力損失。
[0007]3、由于焊口存在內(nèi)外壁溫差，在熱處理溫度取值上一般取上限，容易造成超溫現(xiàn)象。
[0008]4、傳統(tǒng)的焊接熱處理，焊前預(yù)熱和焊后熱處理的加熱器材為分開設(shè)置，在焊接后，需拆除預(yù)熱加熱帶，再重新纏繞焊后熱處理加熱器，操作較復(fù)雜，且拆除預(yù)熱加熱帶時，容易燙傷操作人員。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的焊接熱處理中存在的技術(shù)問題，提供了一種能降低焊口內(nèi)外壁溫度，提高焊接熱處理質(zhì)量，操作過程更簡易的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝。
[0010]為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預(yù)熱和焊后熱處理，工藝步驟如下:
I)焊前預(yù)熱:
a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預(yù)設(shè)的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側(cè)管壁上分別貼附遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器；
b)將監(jiān)控?zé)犭娕脊潭ㄓ谄驴谶吘壧帲?br> c)根據(jù)預(yù)設(shè)溫度對合金鋼管進(jìn)行預(yù)熱； 2)焊后熱處理:
a)焊接后，在焊縫中心位置固定控溫?zé)犭娕迹?br> b)在焊接后的合金鋼管壁上鋪設(shè)保溫棉形成保溫層，保溫層將遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器完全包覆；
c)在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在焊縫中心線左右兩側(cè)的寬度相等；
d)感應(yīng)線圈的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接；
e)啟動中頻電源，進(jìn)行焊后加熱，升降溫速度S不應(yīng)大于150°C/h，恒溫溫度為750°C-770°C，恒溫時間T不小于4 h。
[0011 ]優(yōu)選的，從焊縫坡口邊緣算起，每側(cè)保溫層的寬度不得少于鋼管壁厚的5倍，且每側(cè)保溫層的寬度應(yīng)比遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的安裝寬度增加不少于100_。
[0012]優(yōu)選的，所述的保溫層的厚度為40mm-60mm。
[0013]優(yōu)選的，焊后加熱的升降溫速度S的計算公式為:S=6250/S，δ為鋼管壁厚，單位為mm η
[0014]優(yōu)選的，當(dāng)所述焊接合金鋼管的材質(zhì)為SA-335P91鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25Χ1。
[0015]優(yōu)選的，當(dāng)所述焊接合金鋼管的材質(zhì)為SA-335P92鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25Χ2。
[0016]優(yōu)選的，所述的中頻電源的電源頻率為700ΗΖ-8000ΗΖ。
[0017]優(yōu)選的，所述的感應(yīng)線圈的兩端邊緣均位于遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器邊緣的外側(cè)。
[0018]優(yōu)選的，中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為750°0755°C。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝中的焊后熱處理，直接在焊前預(yù)熱的遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器上包覆保溫層，然后再在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，無需將焊前預(yù)熱的加熱器拆除，使操作過程更簡易，也降低了操作人員的燙傷風(fēng)險。
[0020]2、本發(fā)明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝?yán)酶袘?yīng)線圈把交流電能傳遞給要加熱的管道，然后電能在管道內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽构艿雷陨戆l(fā)熱，極大的提高了熱量率，使得整個管道內(nèi)外壁溫差減小，熱處理后的焊接接頭硬度非常理想。
[0021]3、焊前預(yù)熱采用遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器進(jìn)行加熱，并利用監(jiān)控?zé)犭娕紝艿罍囟冗M(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測溫度對遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少管道熱量損失。
[0022]4、本發(fā)明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝?yán)酶袘?yīng)線圈對管道進(jìn)行感應(yīng)加熱，使得整個管道內(nèi)外壁溫差減少，因此將中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為750°C>755°C，即中頻電源的熱處理溫度取焊后熱處理恒溫溫度的下限值，就可使管道的內(nèi)外壁的溫度達(dá)到設(shè)定的恒溫溫度，使焊口獲得很好的硬度值，可有效避免管道超溫的現(xiàn)象。
[0023]
【附圖說明】
[0024]圖1為根據(jù)本發(fā)明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝對合金鋼管焊口進(jìn)行焊接熱處理時加熱器材的布置示意圖。
[0025]
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做詳細(xì)說明。
[0027]大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預(yù)熱和焊后熱處理，工藝步驟如下:
1)焊前預(yù)熱:
a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預(yù)設(shè)的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側(cè)管壁上分別貼附遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器I;
b)將監(jiān)控?zé)犭娕?固定于坡口邊緣處；
c)根據(jù)預(yù)設(shè)溫度對合金鋼管進(jìn)行預(yù)熱；
2)焊后熱處理:
a)焊接后，在焊縫中心位置固定控溫?zé)犭娕?;
b)在焊接后的合金鋼管壁上鋪設(shè)保溫棉形成保溫層2，保溫層2將遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器I完全包覆；
c)在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈3，感應(yīng)線圈3在焊縫中心線A左右兩側(cè)的寬度相等；
d)感應(yīng)線圈的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接；
e)啟動中頻電源，進(jìn)行焊后加熱，升降溫速度S不應(yīng)大于150°C/h，恒溫溫度為750°C-770°C，恒溫時間T不小于4 h。
[0028]具體的，從焊縫坡口邊緣算起，每側(cè)保溫層2的寬度不得少于鋼管壁厚的5倍，且每側(cè)保溫層的寬度應(yīng)比遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器I的安裝寬度增加不少于100_，以減少溫度梯度。
[0029]具體的，保溫棉可選用硅酸鋁保溫材料均勻包裹在管子周圍，包裹時不得出現(xiàn)厚薄的現(xiàn)象，保溫層的厚簿決定了感應(yīng)線圈與管道壁的距離，距離越遠(yuǎn)漏磁越大，加熱效率就越低，距離太近保溫效果越差，管道周邊溫差越大，所述的保溫層I的厚度為40mm-60mm為宜，即不影響保溫效果，也可使感應(yīng)線圈對管道的加熱效率達(dá)到焊接熱處理的要求。
[0030]具體的，對于不同壁厚的合金鋼管其焊后熱處理的升降溫速度是不同的，在滿足升降溫速度S不應(yīng)大于150°C/h的前提下，可以根據(jù)合金鋼管的壁厚，來具體計算焊后熱處理的升降溫速度，焊后加熱的升降溫速度S的計算公式為:S=6250/S，δ為鋼管壁厚，單位為mmD
[0031]具體的，以上所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝主要是應(yīng)用于SA-335P91鋼管的焊接及SA-335P92鋼管的焊接，在滿足恒溫時間T不小于4 h的前提下，當(dāng)所述焊接合金鋼管的材質(zhì)為SA-335P91鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25 X I。當(dāng)所述焊接合金鋼管的材質(zhì)為SA-335P92鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25 X 2。
[0032]具體的，所述的中頻電源的電源頻率為700ΗΖ-8000ΗΖ。
[0033]具體的，所述的感應(yīng)線圈3的兩端邊緣均位于遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器I邊緣的外側(cè)，保證焊后熱處理的管道長度不低于焊接預(yù)熱的管道長度，減少溫度梯度。
[0034]具體的，因為利用感應(yīng)線圈了對管道進(jìn)行感應(yīng)加熱，使得整個管道內(nèi)外壁溫差減少，因此將中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為750°C>755°C，即中頻電源的熱處理溫度取焊后熱處理恒溫溫度的下限值，就可使管道的內(nèi)外壁的溫度達(dá)到設(shè)定的恒溫溫度，使焊口獲得很好的硬度值，可有效避免管道超溫的現(xiàn)象。
[0035]下面通過具體的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝的具體實施步驟:
實施例一:
焊接管材為SA-335P91鋼管，管材壁厚S=10mm，其焊接熱處理工藝步聚如下:
1)焊前預(yù)熱:
a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出根部間隙2?4mm，在靠近坡口邊緣的兩側(cè)管壁上分別貼附遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器，每側(cè)遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的安裝寬度為300 mm；
b)將監(jiān)控?zé)犭娕脊潭ㄓ谄驴谶吘壧帲?br> c)氬弧焊打底前，預(yù)熱溫度100?150°C，恒溫0.5h;電焊蓋面前，預(yù)熱溫度200?250°C，恒溫0.5h;
2)焊后熱處理:
a)焊接后，在焊縫中心位置點焊固定控溫?zé)犭娕?，控溫?zé)犭娕歼x用鎧裝熱電偶；
b)在焊接后的合金鋼管壁上包裹硅酸鋁保溫棉并用絕緣帶扎緊形成厚度為50±5mm的保溫層，保溫層將遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器完全包覆，從焊縫坡口邊緣算起，每側(cè)保溫層2的寬度為550 mm，遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的分緣距保溫層邊緣約200 mm；
c)在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在焊縫中心線左右兩側(cè)的寬度相等，并且感應(yīng)線圈3的兩端邊緣均位于遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器I邊緣的外側(cè)；
d)感應(yīng)線圈3的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接；
e)啟動中頻電源，中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為752°C，進(jìn)行焊后加熱，升降溫速度S=6250/δ=6250/100=62.5°(:Λ，恒溫溫度為 750°C_770°C，恒溫時間 Τ=δ/25Χ1 = 100/25Χ1 =4h0
[0036]實施例二:
焊接管材為SA-335P92鋼管，管材壁厚δ=80πιπι，其焊接熱處理工藝步聚如下:
2)焊前預(yù)熱:
a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出根部間隙2?4mm，在靠近坡口邊緣的兩側(cè)管壁上分別貼附遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器，每側(cè)遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的安裝寬度為300 mm；
b)將監(jiān)控?zé)犭娕脊潭ㄓ谄驴谶吘壧帲?br> c)氬弧焊打底前，預(yù)熱溫度100?200°C，恒溫Ih;電焊蓋面前，預(yù)熱溫度200?250°C，恒溫Ih;
2)焊后熱處理:
a)焊接后，在焊縫中心位置用鐵絲固定控溫?zé)犭娕?，控溫?zé)犭娕歼x用K分度陶瓷熱電偶，控溫?zé)犭娕寂c鐵線接觸部分用隔熱墊隔離；
b)在焊接后的合金鋼管壁上包裹硅酸鋁保溫棉并用絕緣帶扎緊形成厚度為50±5mm的保溫層，保溫層將遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器完全包覆，從焊縫坡口邊緣算起，每側(cè)保溫層2的寬度為500 mm，遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的分緣距保溫層邊緣約150 mm；
c)在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在焊縫中心線左右兩側(cè)的寬度相等，并且感應(yīng)線圈3的兩端邊緣均位于遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器I邊緣的外側(cè)；
d)感應(yīng)線圈的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接；
e)啟動中頻電源，中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為755°C，進(jìn)行焊后加熱，升降溫速度S=6250/80=6250/80=78°C/h，恒溫溫度為750°C-770°C，恒溫時間T=80/25 X 2=80/25 X 2=
6.4h0
[0037]需要說明的是，在焊后熱處理進(jìn)行焊后加熱前，需要對監(jiān)控?zé)犭娕?和控溫?zé)犭娕?連接補(bǔ)償導(dǎo)線，并且連接感應(yīng)線圈的中頻電纜應(yīng)與熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線相距30cm以上布置。
[0038]以上所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝的優(yōu)點是:
1、焊后熱處理直接在焊前預(yù)熱的遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器上包覆保溫層，然后再在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，無需將焊前預(yù)熱的加熱器拆除，使操作過程更簡易，也降低了操作人員的燙傷風(fēng)險。
[0039]2、利用感應(yīng)線圈把交流電能傳遞給要加熱的管道，然后電能在管道內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使管道自身發(fā)熱，極大的提高了熱量率，使得整個管道內(nèi)外壁溫差減小，熱處理后的焊接接頭硬度非常理想。
[0040]3、焊前預(yù)熱采用遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器進(jìn)行加熱，并利用監(jiān)控?zé)犭娕紝艿罍囟冗M(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測溫度對遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少管道熱量損失。
[0041]4、本發(fā)明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝?yán)酶袘?yīng)線圈對管道進(jìn)行感應(yīng)加熱，使得整個管道內(nèi)外壁溫差減少，因此將中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為750°C>755°C，即中頻電源的熱處理溫度取焊后熱處理恒溫溫度的下限值，就可使管道的內(nèi)外壁的溫度達(dá)到設(shè)定的恒溫溫度，使焊口獲得很好的硬度值，可有效避免管道超溫的現(xiàn)象。
[0042]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的技術(shù)方案進(jìn)行完整描述，需要說明的是所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項】
1.大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預(yù)熱和焊后熱處理，工藝步驟如下: 焊前預(yù)熱: a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預(yù)設(shè)的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側(cè)管壁上分別貼附遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器； b)將監(jiān)控?zé)犭娕脊潭ㄓ谄驴谶吘壧帲? c)根據(jù)預(yù)設(shè)溫度對合金鋼管進(jìn)行預(yù)熱； 焊后熱處理: a)焊接后，在焊縫中心位置固定控溫?zé)犭娕迹?b)在焊接后的合金鋼管壁上鋪設(shè)保溫棉形成保溫層，保溫層將遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器完全包覆； c)在保溫層上纏繞感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在焊縫中心線左右兩側(cè)的寬度相等； d)感應(yīng)線圈的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接； e)啟動中頻電源，進(jìn)行焊后加熱，升降溫速度S不應(yīng)大于150°C/h，恒溫溫度為750°C-770°C，恒溫時間T不小于4 h。2.根據(jù)權(quán)利要求1所的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于從焊縫坡口邊緣算起，每側(cè)保溫層的寬度不得少于鋼管壁厚的5倍，且每側(cè)保溫層的寬度應(yīng)比遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器的安裝寬度增加不少于100_。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于所述的保溫層的厚度為40mm-60mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于焊后加熱的升降溫速度S的計算公式為:S=6250/5，δ為鋼管壁厚，單位為mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于當(dāng)所述焊接合金鋼管的材質(zhì)為SA-335P91鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25 X I。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于當(dāng)所述焊接合金鋼管的材質(zhì)為SA-335P92鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25 X 2。7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6任一項所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于所述的中頻電源的電源頻率為700ΗΖ-8000ΗΖ。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于所述的感應(yīng)線圈的兩端邊緣均位于遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器邊緣的外側(cè)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于中頻電源的熱處理溫度設(shè)定為750°0755°C。
【文檔編號】C21D9/08GK105925788SQ201610400896
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】鄒勇超, 鄒文建, 周建雄, 譚杰, 李世哲
【申請人】中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司