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，包括焊前預熱和焊后熱處理，工藝步驟如下：焊前預熱：將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預設的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側管壁上分別貼附遠紅外陶瓷加熱器；將監控熱電偶固定于坡口邊緣處；根據預設溫度對合金鋼管進行預熱；焊后熱處理：焊接后，在焊縫中心位置固定控溫熱電偶；在焊接后的合金鋼管壁上鋪設保溫棉形成保溫層，保溫層將遠紅外陶瓷加熱器完全包覆；在保溫層上纏繞感應線圈，感應線圈在焊縫中心線左右兩側的寬度相等；感應線圈的兩端通過中頻電纜與中頻電源連接；啟動中頻電源，進行焊后加熱，升降溫速度S不應大于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
技術領域
[0001 ]本發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】
[0003]目前，火電機組向大容量高參數發展，安裝工程的管材材質要求越來越高，大多使用合金鋼材質，壁厚越來越大，需要進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，必須要進行焊前預熱和焊后熱處理。焊前預熱是為了降低焊縫的冷卻速度，防止接頭生成淬硬組織，產生冷裂紋。在焊接過程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，以及構件本身產生拘束或外加拘束，在焊接工作結束后，在構件中總會產生焊接應力。焊接應力在構件中的存在，會降低焊接接頭區的實際承載能力，產生塑性變形，嚴重時，還會導致構件的破壞。焊后熱處理是使焊好的工件在高溫狀態下，其屈服強度下降，來達到松弛焊接應力的目的。
[0005]常用的焊接熱處理主采用為遠紅外加熱方法。采用遠紅外加熱方法主要存在以下幾個問題:
1、由于遠紅外加熱是由陶瓷加熱器產生熱量，再傳導到管子上，這種由表及里的逐步衰減的熱傳遞方法，使管子內外壁的溫度不一樣，焊口內外壁溫差較大，導致熱處理的硬度不理想。
[0006]2、焊口內外壁溫差大，加熱過程中不可以調節，導致管道熱力損失。
[0007]3、由于焊口存在內外壁溫差，在熱處理溫度取值上一般取上限，容易造成超溫現象。
[0008]4、傳統的焊接熱處理，焊前預熱和焊后熱處理的加熱器材為分開設置，在焊接后，需拆除預熱加熱帶，再重新纏繞焊后熱處理加熱器，操作較復雜，且拆除預熱加熱帶時，容易燙傷操作人員。
【發明內容】
[0009]本發明針對現有技術的焊接熱處理中存在的技術問題，提供了一種能降低焊口內外壁溫度，提高焊接熱處理質量，操作過程更簡易的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝。
[0010]為達到上述目的本發明采用的技術方案是:
大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預熱和焊后熱處理，工藝步驟如下:
I)焊前預熱:
a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預設的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側管壁上分別貼附遠紅外陶瓷加熱器；
b)將監控熱電偶固定于坡口邊緣處；
c)根據預設溫度對合金鋼管進行預熱； 2)焊后熱處理:
a)焊接后，在焊縫中心位置固定控溫熱電偶；
b)在焊接后的合金鋼管壁上鋪設保溫棉形成保溫層，保溫層將遠紅外陶瓷加熱器完全包覆；
c)在保溫層上纏繞感應線圈，感應線圈在焊縫中心線左右兩側的寬度相等；
d)感應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，進行焊后加熱，升降溫速度S不應大于150°C/h，恒溫溫度為750°C-770°C，恒溫時間T不小于4 h。
[0011 ]優選的，從焊縫坡口邊緣算起，每側保溫層的寬度不得少于鋼管壁厚的5倍，且每側保溫層的寬度應比遠紅外陶瓷加熱器的安裝寬度增加不少于100_。
[0012]優選的，所述的保溫層的厚度為40mm-60mm。
[0013]優選的，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]優選的，當所述焊接合金鋼管的材質為SA-335P91鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25Χ1。
[0015]優選的，當所述焊接合金鋼管的材質為SA-335P92鋼時，焊后熱處理恒溫時間T的計算公式為:Τ=δ/25Χ2。
[0016]優選的，所述的中頻電源的電源頻率為700ΗΖ-8000ΗΖ。
[0017]優選的，所述的感應線圈的兩端邊緣均位于遠紅外陶瓷加熱器邊緣的外側。
[0018]優選的，中頻電源的熱處理溫度設定為750°0755°C。
[0019]本發明的有益效果是:
1、本發明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝中的焊后熱處理，直接在焊前預熱的遠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線圈，無需將焊前預熱的加熱器拆除，使操作過程更簡易，也降低了操作人員的燙傷風險。
[0020]2、本發明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝利用感應線圈把交流電能傳遞給要加熱的管道，然后電能在管道內部轉變為熱能，使管道自身發熱，極大的提高了熱量率，使得整個管道內外壁溫差減小，熱處理后的焊接接頭硬度非常理想。
[0021]3、焊前預熱采用遠紅外陶瓷加熱器進行加熱，并利用監控熱電偶對管道溫度進行實時監測，并根據監測溫度對遠紅外陶瓷加熱器的輸出功率進行調節，減少管道熱量損失。
[0022]4、本發明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝利用感應線圈對管道進行感應加熱，使得整個管道內外壁溫差減少，因此將中頻電源的熱處理溫度設定為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，就可使管道的內外壁的溫度達到設定的恒溫溫度，使焊口獲得很好的硬度值，可有效避免管道超溫的現象。
[0023]
【附圖說明】
[0024]圖1為根據本發明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝對合金鋼管焊口進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]下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明。
[0027]大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預熱和焊后熱處理，工藝步驟如下:
1)焊前預熱:
a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預設的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側管壁上分別貼附遠紅外陶瓷加熱器I;
b)將監控熱電偶4固定于坡口邊緣處；
c)根據預設溫度對合金鋼管進行預熱；
2)焊后熱處理:
a)焊接后，在焊縫中心位置固定控溫熱電偶5;
b)在焊接后的合金鋼管壁上鋪設保溫棉形成保溫層2，保溫層2將遠紅外陶瓷加熱器I完全包覆；
c)在保溫層上纏繞感應線圈3，感應線圈3在焊縫中心線A左右兩側的寬度相等；
d)感應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，進行焊后加熱，升降溫速度S不應大于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，每側保溫層2的寬度不得少于鋼管壁厚的5倍，且每側保溫層的寬度應比遠紅外陶瓷加熱器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，包裹時不得出現厚薄的現象，保溫層的厚簿決定了感應線圈與管道壁的距離，距離越遠漏磁越大，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，也可使感應線圈對管道的加熱效率達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不應大于150°C/h的前提下，可以根據合金鋼管的壁厚，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，當所述焊接合金鋼管的材質為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。當所述焊接合金鋼管的材質為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，所述的感應線圈3的兩端邊緣均位于遠紅外陶瓷加熱器I邊緣的外側，保證焊后熱處理的管道長度不低于焊接預熱的管道長度，減少溫度梯度。
[0034]具體的，因為利用感應線圈了對管道進行感應加熱，使得整個管道內外壁溫差減少，因此將中頻電源的熱處理溫度設定為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，就可使管道的內外壁的溫度達到設定的恒溫溫度，使焊口獲得很好的硬度值，可有效避免管道超溫的現象。
[0035]下面通過具體的實施例詳細說明本發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管壁上分別貼附遠紅外陶瓷加熱器，每側遠紅外陶瓷加熱器的安裝寬度為300 mm；
b)將監控熱電偶固定于坡口邊緣處；
c)氬弧焊打底前，預熱溫度100?150°C，恒溫0.5h;電焊蓋面前，預熱溫度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熱電偶，控溫熱電偶選用鎧裝熱電偶；
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，保溫層將遠紅外陶瓷加熱器完全包覆，從焊縫坡口邊緣算起，每側保溫層2的寬度為550 mm，遠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線圈，感應線圈在焊縫中心線左右兩側的寬度相等，并且感應線圈3的兩端邊緣均位于遠紅外陶瓷加熱器I邊緣的外側；
d)感應線圈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定為752°C，進行焊后加熱，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管壁上分別貼附遠紅外陶瓷加熱器，每側遠紅外陶瓷加熱器的安裝寬度為300 mm；
b)將監控熱電偶固定于坡口邊緣處；
c)氬弧焊打底前，預熱溫度100?200°C，恒溫Ih;電焊蓋面前，預熱溫度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熱電偶，控溫熱電偶選用K分度陶瓷熱電偶，控溫熱電偶與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，保溫層將遠紅外陶瓷加熱器完全包覆，從焊縫坡口邊緣算起，每側保溫層2的寬度為500 mm，遠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線圈，感應線圈在焊縫中心線左右兩側的寬度相等，并且感應線圈3的兩端邊緣均位于遠紅外陶瓷加熱器I邊緣的外側；
d)感應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定為755°C，進行焊后加熱，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，在焊后熱處理進行焊后加熱前，需要對監控熱電偶4和控溫熱電偶5連接補償導線，并且連接感應線圈的中頻電纜應與熱電偶補償導線相距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點是:
1、焊后熱處理直接在焊前預熱的遠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線圈，無需將焊前預熱的加熱器拆除，使操作過程更簡易，也降低了操作人員的燙傷風險。
[0039]2、利用感應線圈把交流電能傳遞給要加熱的管道，然后電能在管道內部轉變為熱能，使管道自身發熱，極大的提高了熱量率，使得整個管道內外壁溫差減小，熱處理后的焊接接頭硬度非常理想。
[0040]3、焊前預熱采用遠紅外陶瓷加熱器進行加熱，并利用監控熱電偶對管道溫度進行實時監測，并根據監測溫度對遠紅外陶瓷加熱器的輸出功率進行調節，減少管道熱量損失。
[0041]4、本發明的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝利用感應線圈對管道進行感應加熱，使得整個管道內外壁溫差減少，因此將中頻電源的熱處理溫度設定為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，就可使管道的內外壁的溫度達到設定的恒溫溫度，使焊口獲得很好的硬度值，可有效避免管道超溫的現象。
[0042]以上結合附圖對本發明的實施例的技術方案進行完整描述，需要說明的是所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
【主權項】
1.大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，包括焊前預熱和焊后熱處理，工藝步驟如下: 焊前預熱: a)將需要焊接的合金鋼管坡口對接，留出預設的根部間隙，在靠近坡口邊緣的兩側管壁上分別貼附遠紅外陶瓷加熱器； b)將監控熱電偶固定于坡口邊緣處； c)根據預設溫度對合金鋼管進行預熱； 焊后熱處理: a)焊接后，在焊縫中心位置固定控溫熱電偶； b)在焊接后的合金鋼管壁上鋪設保溫棉形成保溫層，保溫層將遠紅外陶瓷加熱器完全包覆； c)在保溫層上纏繞感應線圈，感應線圈在焊縫中心線左右兩側的寬度相等； d)感應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，進行焊后加熱，升降溫速度S不應大于150°C/h，恒溫溫度為750°C-770°C，恒溫時間T不小于4 h。2.根據權利要求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，每側保溫層的寬度不得少于鋼管壁厚的5倍，且每側保溫層的寬度應比遠紅外陶瓷加熱器的安裝寬度增加不少于100_。3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求4所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于當所述焊接合金鋼管的材質為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.根據權利要求4所述的大口徑合金鋼管焊接熱處理工藝，其特征在于當所述焊接合金鋼管的材質為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.根據權利要求1至權利要求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.根據權利要求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線圈的兩端邊緣均位于遠紅外陶瓷加熱器邊緣的外側。9.根據權利要求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】中國能源建設集團湖南火電建設有限公司