浅析提高水平位置焊接接头焊后热处理温度均匀性

侯万明葛高峰

摘要：焊后热处理工作是焊接过程的重要工艺环节，能改善焊口的性能，但如果的焊后热处理工艺不当会产生与焊后热处理目的相反的结果从而导致一系列质量问题。特别是由于新钢种的开发及厚壁管材的使用扩大，使其尤为突出。大量实例说明，对于焊后热处理不当，可能造成承压部件使用过程中严重的质量事故。

关键词：水平管、分区控制、控温热电偶布置、加热器布置.

要保证焊后热处理的质量，要正确的进行焊后热处理工艺设计。这包括两部分的内容：一是焊后热处理工艺参数的选择，其中包括焊后热处理的恒温温度，、升降温速度、保温时间；二是制定焊后热处理的施工措施，其中包括热处理的加热方法、加热宽度、保温厚度、保温宽度、测温方法、加热器布置、热电偶布置等施工要求。其中前五项在规程和施工前已有明确的规定并有具体要求，只有电热器和热点偶的布置在现场施工可以调整，并且在规程中没有明确的规定。

分区控制的目的：在焊后热处理中为保证周向温度的均匀性小于规定要求以保证焊缝的韧性。

一般大型水平管由于空气对流的作用，在相同条件下，上部温度要高于下部温度，所以水平管一般采用分区控温来调节补偿这部分温差确保周向温度的差。因此一般在焊后热处理中采用履带式加热器进行分区控温效果最佳，因此无论是感应加热器还是绳式加热器都是通过上下加热区的加热器的间隙的大小来调节上下温差，也就是布置好加热器后无上下温差大小都无法通过加热器功率进行调节，所以只有履带式加热器可以在整个热处理过程中根据温差通过功率大小调节来达到控制周向温度均匀性的作用。

首先上下分区的时间、加热器及热电偶的布置，在规程DL-T-869-2004中管子大于273mm时分区控温（在其他规程中更小）。在规程中只规定了热电偶的位置，并在AWSD10.1-1999管焊接局部热处理规范中对热电偶布置位置注解中控温热电偶应在温度最高的区域。在热处理升温过程中，特别是初期加热功率较大时，12点>9点>6点，并且上温区由12点至9点、3点略有下降趋势，下温区由6点至9点、3点略有上升趋势。（如果把测温点放在加热器外侧时，12点与6点最高）。到达保温层时由于加热器功率、保温厚度及管径的影响温差不一，但是保温时间在0.5h以上的温差明显减小一般在10℃以内。

通过图1可以得出在计算出加热功率确定使用的加热器后再分区可以直接确定热电偶的位置，即所控制加热区周向轴向对称线上且在焊缝中心。这样布置热电偶的做大优势在于：热电偶位于加热器的几何中心，在加热区加热中心即加热区的最点。在保温时加热区与被加热工件温差相应减小。因此加热中心的温度控制得当可以确保工件的温度不会超出或低于热处理保温的规定范围。同时，下温区的加热功率大于上温区的加热功率。所以下温区对上温区温度的影响由3、9点至12点逐步减小，从而使上温区温或相等。

当管件增大到可以分四个加热区时，如图2四个加热区分别是AB、BC、AD、DC。四个控温点为12点、3点、9点、6点。通过实验及现场实践来比较，可以得出当四个加热区功率相等时四个测温点所测温度大小关系为：12点>3点=9点>6点。同样在12点、3点、9点、6点的控温温度相同时。DC加热区所用功率最大，AD与BC相似相同而次之。AB加热区所用的加热功率最小。同时可得出下方加热区对上方加热区的影响由上向下依次减小。图2热电偶的布置可以控制各自加热区的加热功率，并且其所测温度有代表性能反映出其所空加热区的温度，从而达到相应的规定范围。由此可以得出。控温热电偶的位置为周向轴向对称线与焊缝相交处。

最后来讨论三个控温区的热电偶的布置及加热器的位置，在这种情况下有比较典型的方案。方案一：如图3加热区分AB、AC、BC三个区周向均匀分布A点位于12点，B区位于8点，C区位于4点。这种方法的优点能确保下温区的温度达到规定的温度范围，从而使下温区达到预期的热处理效果。

缺点：11点、1点在整个热处理过程中在不同阶段对整个温区来不能代表整个加热区的温度。首先当12点加热接口有间隙时时间大小都影响加热区周向温度最高点。一般情况1点、11点在升温过程中AC、AB加热区的周向温度最高点在其两点附近。但不稳定，当保温阶段特别是在AC、AB相接处无间隙或间隙很小时在保温半个小时以后大部分时间12点位于AB、AC的周向温度最高点。所以易造成12点及1点、11点方向温度过高造成热处理后的硬度偏低，而在记录曲线中没有体现。

方案二：加热区分为AB、BC、AC三个区其中A点位于6点方向，B点为2点，C点位于10点位置，向对应的控温热电偶分别为5点、12点、7点。这种施工方案能确保12点保温温度不小于规定值，但在6点位置温度有时达不到恒温温度的规定值的下限。因为保温时间不够加上恒温不达要求，6点附近硬度值偏高甚至超出规定值，使其热处理效果不佳及热处理不足，从而影响质量。

方案三：加热区分为A、B、C、D及AC+BD，如图所示：AB、CD周向加热范围相等AC+BD两加热区的周向加热范围之和与AB或CD其中一个相等。在现场施工中如果AB、CD的加热功率各为一路输出时，相应的AC、BD两加热区的加热器相当于串联使用同一路输出进行加热。同时在AB加热区控温热电偶为于12点，CD加热区的控温热电偶在6点位置，AC与BD加热区的控温热电偶位置设在3点、9点，一只为控温热电偶，一只为监控热电偶。

这种方案的优点在于上下左右通过各自的控温点调控能使加热区的恒温温度达到规定值从而确保在焊后热处理过程在可控状态下。

缺点：在布置AC、BD加热区的加热器时要复杂一些，有以上三种方案从质量、安全等综合考虑。第三种方案比较可行。其原理与前后二分区、四分区的相同，热电偶位置在加热区周向轴向对称线上的两侧加热效果最大程度的相同，以确保热电偶的代表性。

通过现场施工的有效实施，再以这种施工工艺在现场实施。提高现场施工效率，避免加热器安装和热电偶安装的不明确性、随意性，并确保热处理质量。使现场施工操作更为明确简单，在确保质量的同时提高了效率。

在现场焊后热处理施工过程中，通常采用的合理加热方法可以保证焊件的焊后热处理质量，保证焊件温度的均匀性和加热质量，解决的施工难题，取得了明显的效果，提高了劳动效率，保证了焊口的质量。合理的施工工艺技术将不断提升焊接热处理工作的技术革新，提高工程质量，保证工件服役年限，获得了良好的经济效益和社会效益，现场焊接热处理工作提供了重要的参考资料。