A335P92焊缝局部热处理施工工艺改进的研究与分析

A335P92焊缝局部热处理施工工艺改进的研究与分析

姚鹏乐  宋国营  张丰收 李俊峰 黄振华

河南华电金源管道有限公司  河南郑州  450051

摘要：为解决生产过程中A335P92局部热处理时出现的硬度异常等问题，经多方面的学习及对比试验，对局部热处理工艺操作进行了研究与分析，确定了一种适用于现场及工厂的局部热处理施工工艺。通过试验发现：热处理自动控温柜数字表可能会出现误差；找到最简单易行且不影响结果的包口方式；在实际处理过程中，取规程中参数中间或下限值可能会出现硬度偏高的情况，取上限能满足要求。

关键词：局部热处理；硬度；工艺改进

Abstract：In order to solve the problems of A335P92 steel in local heat treatment,this paper studied and analyzed the process improvements of local heat treatment with widely learning and comparative experiments,and determined a local heat treatment technology which is suitable for the practical production.Through our experiments，it is found that there may be errors in the digital multimeter of heat treatment Automatic Temperature Control Cabinet.And we found the most simple operation process that doesn't affect the results.In the practical production,the hardness of workpiece may be higher than normal if the heat treatment temperature is the intermediate ratio of specification.However, the hardness is able to meet the requirement of quality inspection and application if the heat treatment temperature is the upper limit ratio.

Key words：Local heat treatment; Hardness; Process improvement

0  前言

   进入20世纪70年代以来，由于大容量、高参数的火电机组相继安装，焊接热处理工作量大幅度增加，随着使用的钢管品种多样化，对焊接热处理过程的要求越来越高，特别对于A335P92来说，热处理过程尤为重要。近年来，关于A335P92局部热处理的论文及成果有很多，但多偏重于理论或微观方面的分析，涉及到具体操作时，众说纷纭。对本公司来说，A335P92焊缝经局部热处理后，焊缝硬度值偏高，甚至超出标准要求，造成公司成本的浪费。

   本文针对A335P92焊缝焊后局部热处理方面的不足，经多方面的实验及讨论，得出一整套适用于局部热处理的方法及工艺。

1  实验准备、材料和设备

1.1  实验准备

本次试验的对象是某电厂再热热段管道，规格为ID387x25，材质A335P92，结构形式为直管+弯头。

该管道的焊接方式为GTAW+SMAW+SAW，焊缝打底采用Thermanit MTS 616，OD2.4的氩弧焊丝，手工焊采用Thermanit MTS 616，OD3.2的焊条，埋弧焊用Thermanit MTS 616，OD2.5的埋弧焊丝和MARATHON 543的埋弧焊剂。

局部热处理前，该管道焊接预热后热曲线如图1所示：

图1：局部热处理前，预热后热曲线

1.2  试验现场环境条件

为达到通用的施工环境，试验场所选在了公司配管一车间，车间的空间和通风条件与现场近似。

1.3  试验及检验设备

热处理设备：国产DWK-240B温度控制柜

保温材料：硅酸铝纤维毡

加热材料：LCD型履带式加热器

测温设备： K型热电偶

其他辅助设备：钢丝钳、试电笔、螺丝刀、铁丝、铅笔、橡皮等

硬度检测设备：里氏硬度计瑞士 Bambino 2

以上测量、计量设备均在校验合格期内

1.4  设备说明

温度控制柜每路线额定输出功率为40kw；

因点焊式电偶造价高，清理困难，且会对焊件本身造成一定损害，车间实际选用K型热电偶，保证热电偶不搭接，不拉离热端，热电偶的接线柱远离加热区。

1.5  热前检验

热前做了硬度检验，以弯头背弧为12点方向，管道各位置及对应的硬度值如表1所示。

表1：焊口及附近母材热前硬度值

从表1可知，热前焊口硬度值在366～380HB之间，母材的硬度值在202-221HB之间，该焊口的母材及焊缝热前硬度值在正常范围之内。

1.6  温控柜及数字表的检验

热电偶是经校验合格的，而且是第一次使用，有相应的合格证书，可以保证测温的准确性；对照数字表，发现即使在校验的合格期内，常温状态下，热电偶并联时，其各个数字表的示数有一定偏差，如图2所示：

图2：调整前温控柜示数                  图3：调整后温控柜示数

1～5#表示数分别为31，26，29，33，29，常温时，最大温差为。如果调整表的位置，表自身的示数不变。可知，机器本身的波动不大，主要问题是表。把别的同型号机器上的表来回试，发现在同一表框，不同的表，示数最大可相差，这就说明，即使在有效期内，数字表也可能存在误差。

与自动记录仪对照，发现自动记录仪常温下所打出的点在同一温度线上。

经调整，发现只有少数表显示异常，与自动记录仪有一定偏差，即示数明显偏低或偏高，大多数数字表的示数正常且与自动记录仪相符，最

终选取4块常温下示数相差不大的数字表进行下一步实验，如图3所示。

因3#表正在使用，使用时选用2、4、5、6号表，常温下是示数分别为26、25、24、24。

2  试验过程及步骤

2.1  热电偶的布置与安装

 热电偶的布置示意图，如图4所示。

图4：热电偶的布置与安装示意图

2.1.2  热电偶安装说明

众所周知，在相同加热条件下，管道下部的温度会比上部的温度稍低一点，而达到均一温度是焊后热处理最基本的条件，因此，要特别注意管道下部温度的检验。

 热电偶的捆扎有两种方式，如下图所示：

图5是按照最常用的方式捆扎，即直接捆扎式；

图6是在焊接结束时，立即在焊缝表面点上一段同材质焊丝，在捆扎时，热电偶前端与焊丝紧密接触，增加热电偶与焊缝的接触面积，进一步保证测温的准确性，热处理过程结束后将其磨去。

经多次实验及对比分析，发现两种方式对热电偶温度的测量无明显差异，但图6的操作方法过于复杂，因此选用图5的方式。

图5：热电偶捆扎方式1  

 图6：热电偶捆扎方式2

2.1.4  热电偶上加石棉布也有多种方式，常用方法如图7至图9所示。

图7：加盖石棉布方式1

 图8：加盖石棉布方式2

如图7所示，热电偶热端上加盖两层石棉布，热电偶其余部分不做处理；

如图8所示，用一层石棉布把加热片和热偶

隔开。

图9：加盖石棉布方式3

如图9所示，在图7的基础上，在热电偶热端石棉布上除垫两层石棉布外，再加一小块不锈钢片，用铁丝固定牢固，进一步排除加热片对热电偶的影响

经多次实验及对照分析认为，图8因石棉布面积大，在处理过程中，会使石棉布覆盖的区域温度偏低而影响效果；图7与图9对比试验时，发现两者差异主要体现在升温及降温阶段，图9使用的方法温度有一定的滞后性，即不锈钢片能进一步排除加热片对热电偶的影响，在恒温阶段，两者显示的温度相同，而热处理过程最重要的是恒温阶段，这说明加不锈钢片无明显优点，两层石棉布已满足工艺要求，因此本次实验采用图7方式。

2.2  加热片与保温棉的安装

 加热设备的选用

   根据设备结构及形状，对于焊接方式为的焊口，采用加热绳时左右分区控温，采用加热片时，可采用上下分区控温的方法。

   在试验中发现，选用加热绳时，因同一根绳上不同位置输出热量相同，而管道上下部分接受到的热量不同，造成上部温度总是低于下部温度，不能有效控制产品质量，故选用加热片，采用上下分区控温的方法，避免因散失及接受热量不同而造成上下温度偏差。

 加热片的布置

目前，本公司用于局部热处理的履带式加热器型号如表2所示。

表2：公司局部热处理用LCD履带式加热器型号

经多次调整，用3块420×560型加热片和1块260×860型加热片，可满足试验要求，即沿环向全部覆盖焊缝且无重叠。

本次处理分四区控制，每分区由单一路线单独控制，热电偶位于加热片中心位置，第一控温区为焊缝正上方，第二控温区位焊缝左侧，第三控温区位于焊缝右侧，第四控温区位于焊缝正下方。

 保温宽度

根据DL/T819-2010规程中条规定^[1]，保温宽度每侧应比加热宽度增加至少2倍壁厚。保温宽度远大于加热宽度，如图10所示。

图10：保温宽度

2.3  热处理工艺

根据DL/T819-2010附录D可知^[1]，本实验的焊后热处理温度应为750-770℃，时间为2小时。

经我方多次实验及分析，发现如果取推荐热处理工艺中间值，经常会出现焊缝硬度偏高的情况，因此，最终决定按规程中热处理温度和保温时间的上限进行处理。

本次采用的热处理工艺为；

（1）热处理温度：760-770℃；

（2）恒温时间：4小时；

（3）升降温速度：≤120℃/h；

（4）降温时，温度降至300℃以下可不控制；

（5）全过程打点记录。

热处理工艺曲线如图11所示。

图11：焊后热处理工艺曲线

3  试验结果及评价

3.1  热处理检查

热处理结束后，经技术人员确认，符合下列要求：

（1）工艺参数在控制范围以内，并有自动记录曲线；

（2）热电偶无损坏，无位移；

（3）焊接热处理记录曲线与工艺卡吻合。

热处理自动记录曲线如图12所示。  

图12：自动记录曲线图

3.2  焊后热处理质量检验

热后硬度计采用里氏硬度计Bambino 2。采用沿焊缝环向均匀分点实验的方式，1点至12点位置，所测硬度值如表3所示：

表3：焊口及附近母材热后硬度值

根据DL/T438-2009中规定^[2]，P92热后硬度值要求范围为180～270HB，母材实测硬度值在185～205HB之间，焊缝实测硬度值在220～245HB之间，满足规程要求。

4  推广与应用

在日常局部热处理过程中，处理A335P92焊口时，采用本实验所述包口方法及热处理工艺，连续跟踪多道焊口，其热前、热后焊口硬度对比情况如表4所示。

表4：采用改进方法，实际生产过程中焊口硬度对比表

5  分析与讨论

从以上实验结果可以分析出：

（1）从我公司以前做的试验结果可知，在做局部热处理时，尽量要采用加热片而不采用加热绳，防止出现上部温度过高或下部温度不足的情况。

（2）即使在有效期内，数字表也可能会存在误差，在平时作业过程中，应注意仪表与自动记录仪对照，出现异常及时排除。

（3）现场安装在捆扎热电偶及保温棉时，采用的方式多种多样，根据本文的试验方法，在实际生产中，安装热电偶时，采用直接捆扎式和热电偶热端覆盖两层石棉布的方式就能达到预期目的，而且这种方法具有良好的可操作性。

（4）对于P91、P92来说，焊缝的优良区的硬度为210～240HB，本次试验结果满足，而且从多次实验的结果也验证了DL/T819-2010中的保温温度与时间取中间值时，略显不足，而采用规程中的上限值可满足质检要求。