CN116497205A - 一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置及热处理方法 - Google Patents

一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置及热处理方法 Download PDF

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吕一仕
孙志强
梁振新
朱秉程
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Abstract

本发明公开了一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置,所述膜式壁包括管子和鳍片,相邻的鳍片之间具有鳍片焊缝,所述管子上具有焊接接头,所述热处理装置包括控温热电偶、分别布置在所述膜式壁两侧的两个感应线圈和中频感应热处理机,所述感应线圈与中频感应热处理机连接;膜式壁的加热区域的均温宽度WE为焊接接头每侧6倍膜式壁管子壁厚至2倍膜式壁管子外径。本发明的热处理装置,可获得合理的均温范围,克服加热区域大时均温范围大、但膜式壁受热膨胀大、冷却时收缩大导致的残余应力大、变形大现象,也克服加热区域较小时均温范围小,热处理效率低、残余应力消除效果差,解决了传统焊后热处理工艺对接头性能的不利影响。

Description

一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置及热处理 方法
技术领域
本发明属于焊接热处理技术领域,具体涉及一种膜式壁焊接接头中频感应加热局部焊后热处理装置及采用该热处理装置进行焊后热处理的方法,可应用于电站锅炉水冷壁管受热面焊接接头中频感应加热局部焊后热处理。
背景技术
焊后热处理是为消除焊接接头残余应力、改善焊接接头的组织和性能而进行的一种热处理。采用中频感应加热时,其一般工艺流程为:安装热电偶→包裹保温棉→布置和连接加热线圈→设定热处理参数→进行热处理。
电站锅炉水冷壁受热面多采用膜式壁结构。膜式壁由小径管和鳍片焊接而成,刚性小、易变形。当膜式壁由小屏组成大屏时,一般在工地现场组装、焊接和局部焊后热处理。由于膜式壁的结构特征,其焊后热处理温度场近似二维温度场。当膜式壁结构焊后热处理加热区域较小时,不仅热处理效率低,由于二维温度场的传热特征,使热处理区域均温区小,焊接残余应力消除效果不佳;而当膜式壁结构焊后热处理加热区域较大时,加热区域膨胀量大,由于受二维温度场周围非受热区域的拘束,不仅焊后热处理后膜式壁变形大、焊接残余应力消除效果差,严重影响膜式壁质量与服役寿命。
发明内容
有鉴于此,为了克服现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置,通过感应加热线圈的布置获得合理的均温区,从而有效降低焊接残余应力,控制受热区域的变形。
为了达到上述目的,本发明采用以下的技术方案:
一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置,所述膜式壁包括管子和鳍片,相邻的鳍片之间具有鳍片焊缝,所述管子上具有焊接接头,所述热处理装置包括控温热电偶、中频感应热处理机和分别布置在所述膜式壁两侧的两个感应线圈,所述感应线圈与中频感应热处理机连接;膜式壁的加热区域的均温宽度WE为焊接接头每侧6倍膜式壁管子壁厚(壁厚一般为5~16mm)至2倍膜式壁管子的外径(外径一般为32~76mm);当加热区域的膜式壁鳍片未焊接连接时,一次加热长度LE不超过2000mm;当加热区域的膜式壁鳍片已焊接连接时,一次加热长度LE不多于10道膜式壁管子的对接接头。
根据本发明的一些优选实施方面,所述感应线圈的缠绕长度LR=LE+2~4匝;所述感应线圈的缠绕宽度WR=WE+2~4匝,每匝之间紧贴,保证合理的均温范围。
根据本发明的一些优选实施方面,所述感应线圈缠绕的长度方向垂直于膜式壁管子的纵向方向(长度延伸方向)。即感应线圈缠绕的长度方向平行于膜式壁管子焊接接头的排列方向。
根据本发明的一些优选实施方面,所述感应线圈缠绕后位于同一平面上并铠装固定至膜式壁的加热区域上。
根据本发明的一些优选实施方面,所述铠装为将感应线圈固定于不导热、在磁场作用下不产生涡流且耐高温(200℃及以上)的塑料板。
根据本发明的一些优选实施方面,所述控温热电偶设置在对应加热区域的中心位置的管子焊接接头上。
根据本发明的一些优选实施方面,所述膜式壁外设置有保温层,所述控温热电偶位于所述保温层与膜式壁之间,所述线圈位于所述保温层外。
根据本发明的一些优选实施方面,所述保温层的覆盖范围为焊接接头上下左右每侧向外延伸至少300mm。
根据本发明的一些优选实施方面,两个所述感应线圈的缠绕方向一致;两个所述感应线圈的缠绕后的尺寸一致。感应线圈包括分别设置在膜式壁两侧的第一感应线圈和第二感应线圈,第一感应线圈与第二感应线圈沿同一方向缠绕;且第一感应线圈与第二感应线圈的长度、宽度、缠绕匝数完全一致。
本发明还提供了一种根据如上所述的膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置进行热处理的方法,包括如下步骤:确定膜式壁焊接接头焊后热处理均温宽度WE和加热长度LE;安装所述热处理装置,设定热处理工艺曲线,进行焊后热处理。
由于采用了以上的技术方案,相较于现有技术,本发明的有益之处在于:本发明的膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置,可获得合理的均温范围,克服加热区域大时均温范围大、但膜式壁受热膨胀大、冷却时收缩大导致的残余应力大、变形大的现象,也克服加热区域较小时均温范围小,热处理效率低、残余应力消除效果差,解决了传统焊后热处理工艺对接头性能的不利影响,满足焊后热处理技术要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例中膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置的立体结构示意图;
图2为本发明优选实施例中膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置的侧视示意图;
附图中,膜式壁-1,管子-2,鳍片-3,焊接接头-4,控温热电偶-5,感应线圈-6,第一感应线圈-61,第二感应线圈-62,中频感应热处理机-7,保温层-8。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置
如图1-2所示,膜式壁1包括管子2和鳍片3,相邻的鳍片3(两个管子2之间的鳍片)之间具有鳍片3焊缝(未示出),管子2上具有焊接接头4。管子2为小径管,管子2的长度方向带有鳍片3,鳍片3焊接连接后形成受热面。管子2的小径管可以为低合金钢,也可以为9%Cr新型耐热钢。
如图1-2所示,本实施例中的膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置,包括控温热电偶5、分别布置在膜式壁1两侧的两个感应线圈6和中频感应热处理机7以及包裹在膜式壁1外的保温层8,感应线圈6与中频感应热处理机7连接。保温层8的覆盖范围为感应线圈上下左右外延每侧不低于300mm。控温热电偶5位于保温层8与膜式壁1之间,线圈位于保温层8外。控温热电偶5设置在对应加热区域的中心位置的管子2焊接接头4上。
膜式壁1的加热区域的均温宽度WE为管子2焊接接头4(上下)每侧6倍膜式壁1管子壁厚至2倍膜式壁1管子外径。
当加热区域的膜式壁1鳍片3未焊接连接时,一次加热长度LE不超过2000mm;当加热区域的膜式壁1鳍片3已焊接连接时,一次加热长度LE不多于10道膜式壁1管对接接头。
感应线圈6的缠绕长度LR=LE+2~4匝;感应线圈6的缠绕宽度WR=WE+2~4匝,每匝之间紧贴设置,没有间隙。
感应线圈6缠绕的长度方向垂直于膜式壁1中管子2的纵向方向。即感应线圈6缠绕的长度方向平行于膜式壁1上管子2的焊接接头4的排列方向。感应线圈6缠绕后位于同一平面上并铠装固定至膜式壁1的加热区域上。铠装为将感应线圈6固定于不导热、在磁场作用下不产生涡流且耐高温的塑料板上。
两个感应线圈6的缠绕方向一致;两个感应线圈6的缠绕后的长度、宽度和匝数一致。感应线圈6包括分别设置在膜式壁1两侧的第一感应线圈61和第二感应线圈62,第一感应线圈61与第二感应线圈62沿同一方向缠绕;且第一感应线圈61与第二感应线圈62的尺寸完全一致。
实施例2膜式壁1焊接接头4中频感应加热焊后热处理方法
本实施例提供了一种根据实施例1所述的膜式壁1焊接接头4中频感应加热焊后热处理装置进行热处理的方法,包括如下步骤:确定膜式壁1焊接接头4焊后热处理的均温宽度WE和加热长度LE;安装热处理装置,设定热处理工艺曲线,进行焊后热处理。
具体包括如下步骤:
(1)、确定膜式壁1焊接接头4焊后热处理的均温宽度WE和加热长度LE
根据膜式壁1的管子尺寸与鳍片3的焊接状态,结合相关标准或技术要求确定膜式壁1管子焊接接头4焊后热处理的均温宽度WE和加热长度LE
(2)、安装热电偶
在加热范围中心位置点焊固定热电偶,且热电偶位于膜式壁1管子的对接接头焊缝上。
(3)、包裹保温棉
在加热线圈缠绕区域及其外侧至少300mm范围内覆盖保温棉,形成保温层8。
(4)、缠绕感应线圈6
根据均温宽度WE和加热长度LE要求缠绕感应线圈6。感应线圈6的缠绕长度LR=LE+2~4匝,缠绕宽度WR=WE+2~4匝,每匝之间紧贴且没有间隙。即保温区域覆盖线圈的加热区域,加热区域覆盖均温(宽度)区域。
感应线圈6包括分别设置在膜式壁1两侧的第一感应线圈61和第二感应线圈62,第一感应线圈61和第二感应线圈62为平面状,二者沿同一方向缠绕且长度、宽度和匝数一致。
(5)、将缠绕的感应线圈6进行铠装
将线圈固定于不导热、磁场作用下不产生涡流且耐高温的塑料板,进而固定到膜式壁上。
(6)、将线圈与中频感应热处理机7连接。
(7)、设定热处理工艺曲线,进行焊后热处理。
实施案例
某一锅炉水冷壁采用膜式壁1结构,管子材料为12Cr1MoVG,外径44.5mm,壁厚9.0mm。鳍片3材料为P22,宽12mm,壁厚6mm。安装工程中焊接工艺要求采用中频感应加热方法对膜式壁1管子焊接接头4进行局部焊后热处理。焊后热处理的恒温温度720℃,恒温时间60min,升降温速度300℃/h,加热宽度焊接接头4每侧不小于60mm,保温棉的覆盖范围为焊接接头4每侧不低于300mm。
采用实施例2的热处理方法对该焊接接头4进行局部焊后热处理,具体实施步骤如下:
(1)确定感应线圈6缠绕宽度
根据焊后热处理工艺要求,加热宽度为焊接接头4每侧不小于60mm。考虑加热功率和加热线圈尺寸,确定线圈缠绕宽度为焊缝每侧90mm。
(2)确定感应线圈6缠绕长度
由于鳍片3焊缝还未焊接,因此可以适当增加每炉热处理接头数量。根据每条感应线圈6长度,设定每炉缠绕长度不超过2000mm,本水冷壁2000mm长度范围内接头数量为11个。感应线圈6的缠绕长度为覆盖该11个焊接接头4另外加4匝。
(3)布置热电偶
在11个接头的中间接头焊缝上安装1支热电偶。并在其他区域布置多支测温热电偶。热电偶采用点焊固定,方向与管子2的长度方向一致。
(4)包覆保温棉
保温范围焊缝两侧各400mm。两侧使用同一规格保温棉,同时焊缝两侧覆盖长度相等。
(5)缠绕加热线圈
根据确定的线圈缠绕宽度和长度缠绕线圈,即控制线圈整体的长度和宽度,完成后采用耐高温塑料板将加热线圈铠装固定。
(6)连接热电偶和加热线圈
将热电偶和加热线圈连接到中频感应加热机。
(7)设定焊后热处理工艺参数
按焊接热处理工艺要求设定焊后热处理工艺参数。
(8)开机进行焊后热处理。
焊后热处理后检查表明,加热区域未发现明显变形,均温区域内温度均匀。该方法获得了要求的温度场,满足了膜式壁1的焊接接头4焊后热处理的质量要求。
本发明中,给定的焊后热处理工艺和要求的加热范围针对具体的膜式壁结构而言是已知和确定的。根据给定的焊后热处理工艺和要求的加热范围对膜式壁管接头加热需要的功率属于本领域公知常识,在此不进行详述。
由于膜式壁的结构特征,其焊后热处理温度场近似二维温度场。当焊后热处理加热区域较小时,不仅热处理效率低,由于二维温度场的传热特征,使热处理区域均温区小,焊接残余应力消除效果不佳;而当焊后热处理加热区域较大时,加热区域膨胀量大,由于受二维温度场周围非受热区域的拘束,不仅焊后热处理后膜式壁变形大、焊接残余应力消除效果差,严重影响膜式壁质量与服役寿命。
本发明针对膜式壁中频感应加热焊后热处理温度场特征,提出了感应线圈缠绕方式、缠绕尺寸,并将其设计成铠装形式以适应膜式壁结构要求。该装置和方法有效避免了均温范围过小或过大导致的不良后果,成功克服了传统焊后热处理工艺对接头性能的不利影响,满足接头焊后热处理技术要求。本申请的膜式壁焊接接头中频感应加热局部焊后热处理装置和方法,确定合适的加热范围,并通过感应加热线圈的布置获得合理的均温范围,从而有效降低焊接残余应力,控制受热区域的变形。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置,所述膜式壁包括管子和鳍片,相邻的鳍片之间具有鳍片焊缝,所述管子上具有焊接接头,其特征在于,所述热处理装置包括控温热电偶、中频感应热处理机和分别布置在所述膜式壁两侧的两个感应线圈,所述感应线圈与中频感应热处理机连接;膜式壁的加热区域的均温宽度WE为焊接接头每侧6倍膜式壁管子的壁厚至2倍膜式壁管子的外径;当加热区域的膜式壁鳍片未焊接连接时,一次加热长度LE不超过2000mm;当加热区域的膜式壁鳍片已焊接连接时,一次加热长度LE不多于10道膜式壁管子的焊接接头。
2.根据权利要求1所述的热处理装置,其特征在于,所述感应线圈的缠绕长度LR=LE+2~4匝;所述感应线圈的缠绕宽度WR=WE+2~4匝;所述感应线圈的相邻匝之间贴合。
3.根据权利要求1所述的热处理装置,其特征在于,所述感应线圈缠绕的长度方向垂直于膜式壁管子的纵向方向。
4.根据权利要求1所述的热处理装置,其特征在于,所述感应线圈缠绕后位于同一平面上并铠装固定至膜式壁的加热区域上。
5.根据权利要求4所述的热处理装置,其特征在于,所述铠装为将感应线圈固定于不导热、在磁场作用下不产生涡流且耐高温的塑料板上。
6.根据权利要求5所述的热处理装置,其特征在于,所述控温热电偶设置在加热区域的中心位置,且设置在膜式壁管子的焊接接头上。
7.根据权利要求1所述的热处理装置,其特征在于,所述膜式壁外设置有保温层,所述控温热电偶位于所述保温层与膜式壁之间,所述线圈位于所述保温层外。
8.根据权利要求7所述的热处理装置,其特征在于,所述保温层的覆盖范围为焊接接头上下每侧向外延伸至少300mm。
9.根据权利要求1所述的热处理装置,其特征在于,两个所述感应线圈的缠绕方向一致;两个所述感应线圈的缠绕后的尺寸一致。
10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的膜式壁焊接接头中频感应加热焊后热处理装置进行热处理的方法,其特征在于,包括如下步骤:
确定膜式壁焊接接头焊后热处理均温宽度WE和加热长度LE;安装所述热处理装置,设定热处理工艺曲线,进行焊后热处理。
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