SA335-P92钢焊后热处理方法及工艺研究分解

SA335-P92钢焊后热处理方法及工艺研究

林志华朱顺聚顾文彬

（上海电力建设有限责任公司，上海市高邮路68号，200231）

摘要：本文对大口径厚壁管道焊后热处理工艺进行了较为深入的研究。研究中对比了电阻加热设备与电感应加热设备在对大口径厚壁管热处理时造成内外壁温差的试验，试验数据表明目前电站广泛使用的电阻加热设备热处理时会造成局部内外壁温差过大的现象，这对热处理温度特别敏感的P92钢十分不利，而采用先进的电感应加热设备内外壁温差<20℃,可确保P92钢焊后热处理整个焊接接头性能的均匀性，特别是焊缝根部的冲击韧性。本文还重点介绍了Proheat35型电感应加热设备在外高桥三期工程中对P92钢热处理的应用及工艺的改进。

关键词：P92钢、热处理、电阻加热、电感应加热

1．大口径厚壁管热处理工艺研究

1．1现电站安装施工中大口径厚壁管道焊后热处理设备应用情况

自上世纪八十年代起，电站安装施工中大口径厚壁管道焊后热处理设备，由原工频、中频电感应热处理设备逐渐被柔性陶瓷电阻加热设备所取代，现使用的柔性陶瓷电阻加热设备又配备了微电脑控温装置，目前已是电站安装单位热处理的主力设备。

原工频或中频热处理设备，由于其加热块笨重，操作不便，中频热处理后局部有集肤效应现象，加热块又为裸露件，操作时很不安全，加上设备结构复杂、成本高、维修困难，逐渐被淘汰。而柔性陶瓷加热

设备操作便捷、通用性强，并配有微电脑控温装置、能自动控制热处理设备的输出电流，使工件热处理符合规范要求，所以施工单位现场热处理全部采用柔性陶瓷电阻加热设备。

柔性陶瓷电阻加热设备 DWK系列示意图见图1、图2，原工频电感应加热设备见图3。

1.2 柔性陶瓷电阻加热法与电感应加热法的原理及其对P92钢大口径厚壁管道焊后热处理时可能存在的问题

（1）柔性陶瓷电阻加热法是辐射加热。其加热原理是从加热器发出的热能以辐射的形式传到工件的外表面，依靠金属导热，从外表面向内部传导。

（2）电感应加热是钢材在交变磁场中产生感应电势，感应电势在金属内部产生涡流和磁滞，在涡流和磁滞的作用下，使钢材发热。（3）P92钢的最佳热处理温度为760±10℃，也就是说，热处理温度的上限为770℃，下限为750℃。热处理温度范围相对比较窄，在这一温度范围内，P92钢焊接接头焊后热处理才能获得良好的综合性能，特别是焊缝的冲击韧度。

（4）目前，现场焊后热处理广泛采用的柔性陶瓷电阻加热设备，从原理上分析，这种从外表面向内部传导热能的方法，对大口径厚壁管很可能会造成内、外壁温差过大的现象，而这种过大的温差对温度特别敏感的P92钢而言，是对冲击韧度不利的。而电感应加热法，从原理上讲，它的热源来自由金属内部产生的涡流和磁滞作用使材料发

热，这种热处理法对大口径厚壁管造成的内、外壁温差应该小，对温度敏感的P92钢焊接接头热处理应该有利，见图4。

图4 电感应加热原理

1.3柔性陶瓷电阻加热和工频电感应加热在Φ420×70mm、长680mm 的P22管上热处理试验

（1）试验目的

a. 测两种加热方法的内、外壁温差

b. 测等效点的温度

注：等效点—根据shifrin的研究结果，只要加热带的宽度在5倍壁厚以上，外表面距焊缝中心线的轴向距离为t的位置大致与内表面焊缝根部的温度相等。（t为壁厚）

（2）热电偶布置

在试验管的同一截面上共布置了七个测温点，在离截面一倍壁厚70mm处设一等效点、50mm和90mm处再各设一个点，共10个测温点。测温点布置示意图见图5所示，实际的热电偶布置情况如图6所示。

图6 Φ420×70mm管上热电偶的布置情况

（3）柔性陶瓷电阻加热法

a. 工件加热至770℃×4h，测得的各点温度如表1所示。加热宽度500mm，管两端用保温棉堵上。

表1：加热至770℃×4h，各点的温度值

测点编号温度（℃）测点编号温度

17706740

27707740

37708738

47709738

572010738

b. 测得的管内、外壁温差及等效点（#8）与内壁（#5）的温差：

#1点 - #5点 = 770℃ - 720℃ = 50℃

#3点 - #6点 = 770℃ - 740℃ = 30℃

等效点#8点 - 内壁#5点 = 738℃ - 720℃ = 18℃

柔性陶瓷电阻加热实际情况照片如图7所示。

图7 柔性陶瓷电阻加热设备 DWK系列

（4）工频电感应加热

a. 工件加热至765℃×4h，测得的各点温度如表2所示。加热宽度500mm，13匝，管两端用保温棉堵上。

表2：加热至770℃×4h，各点的温度值

测点编号温度（℃）测点编号温度

17656760

27657749

37658759

47709760

574710760

b. 测得的管内、外壁温差及等效点（#8）与内壁（#5）的温差：

#1点 - #5点 = 765℃ - 747℃ = 18℃

#3点 - #6点 = 765℃ - 760℃ = 5℃

等效点#8点 - 内壁#5点 = 759℃ - 747℃ = 12℃

工频电感应加热实际情况照片图8

图8 工频电感应加热实际情况

（5）结论

a. 两种加热法在水平固定位置上测得的同一截面周向外壁温度基本相同（#1～#4点的温度），而径向方向上的内壁温度处于不均匀状态，其内、外壁温差因加热方法不同相差悬殊。

b. 在试验条件相同的情况下，工频电感应加热法测得的内外壁温差明显小于柔性陶瓷电阻加热法。工频电感应加热法测得的内外壁温差﹤20℃，这对焊后热处理温度要求特别敏感的P92钢十分重要。