P92钢管道现场焊接热处理（二）
发布时间： 2023-11-09 点击:483次
焊后热处理
1.当焊缝整体焊接完毕,对 P92 钢大径厚壁管的焊接接头冷却到80-100℃保温根据壁厚不同保温1-3 小时，待 P92 钢整个接头区域温度均已降低到Ms点以下。此过程中热处理工应拆除预热时的加热带、保温层，重新安装、点固热电偶、加热带、保温层，为焊后热处理作好准备，待工件的金相组织全部转变成为马氏体后应及时进行焊后热处理。
2.当焊接接头不能及时进行焊后热处理时，应于焊后立即做加热温度为 350℃、恒温 2小时的后热处理。
3.焊接接头的焊后热处理是将焊件以一定的升温速率加热到 P92钢相变温度Ac1以下，保温一定时间，然后焊件以一定的速率冷却至室温，以改善焊接接头的金相组织、性能和消除残余应力的一种焊接热处理工艺。
4.P92管道焊缝局部热处理的技术条件
4.1均温区宽度
均温区宽度 SB 是为了保证所需体积的金属达到设定的温度范围，实现焊后热处理的目的。
推荐的焊后热处理均温区最小宽度:
在焊缝最宽处的边缘算起，每侧增加t或50mm 二者中的最小值，其中t为管道的名义厚度。
4.2加热区宽度
加热区宽度的确定出于两方面的考虑，其一是由于从管道外部加热，必然存在径向温度梯度，为了使均温区域内的金属在厚度方向达到所需的最低温度，加热区必须达到一定的宽度;其次管道的局部加热会导致弯曲位移和切向应力，从而产生接头变形和残余应力，应力的大小和分布受到加热带宽度和轴向温度分布的影响。推荐的最小加热区宽度取下面三式的最大值。
(3)其中:Hi为管道加热带面积与散热
面积之比，Hi=Ae/(2Acs+Ai);OD: 管道的外径;ID:管道的内径;SB:均温区宽度;R:管道半径;Ae:外表面加热带的面积;Acs:管的横截面积；Ai:均温区内表面积(假定为 4t 范围内，以焊缝为中心)。
上述三式中，HB0是为了避免均温区的边缘过于接近加热区的边缘致使温度降低过快，显然只有当管道的直径很小时，加热区的宽度才可能由 HB0决定。HB1是诱导应力判据所确定的最小加热区宽度; HB2是由径向温度差判据确定的最小加热区宽度。
HB2的计算依据是经验性的径向温度差判据，因此H1的选择与管道的布置位置控温区的数量、加热温度均有关系。对水平布置的、公称直径在 150DN 以下的管道,且只有一个周向加热控制区时，其 Hi可取 5:对公称直径 150DN 以上的管道、尺寸150DN 以下但有两个以上周向加热控制区的水平管道以及所有的垂直管道，Hi取3。
4.3温度梯度控制区宽度
该区域的主要功能是控制管道轴向的温度梯度，同时还可以减少加热区的热损失。保温材料的技术参数(包括厚度格隔热性能)直接影响加热元件所需的功率，隔热材料的宽度直接影响轴向温度梯度。
推荐的最小温度梯度控制宽度:
其中HB 为加热区域宽度。
保温层的隔热性能也影响温度的分布，推荐的保温层最小的热阻:0.35-0.70℃m² /W, 热阻可表示为保温层的导热性的倒数,即保温层的厚度与热导率之比(t/k)。可以通过各种不同的保温材料类型和厚度组合来满足推荐的热阻值。
如果在温度梯度控制区内有法兰、阀门等，还需要在该区域增加额处的加热器来弥补"冷阱"带来的热损失。
4.4轴向温度梯度
轴向温度的分布在限制 PWHT 过程中诱导应力的产生具有重要的作用。
推荐的最大轴向温度梯度:
在升温、保温和降温过程中加热区边缘的温度不低于均温区边缘的一半。
4.5加热带与保温层安装
如果选用电阻加热方法进行加热，如采用一片电加热带时 5G位置，加热带的中心应布置在管道的下部。而将接口间隙留在管道上部，如采用多片加热带，应使加热带间的间隙均匀分布。尽量选择合适尺寸的加热带以减小加热带间的间隙(但应有足够的热膨胀余量)，间隙的最大允许值为管道壁厚与 50mm 二者间的较小值，否则间隙处应加装监视热电偶，加热带应用不锈钢丝绑扎固定牢固。
保温层允许拼接，但接口处不允许有间隙
5.提高温度均匀性的措施
水平布置的管道对接接头
对水平布置的管道，由于对流的存在，必然会导致管子上 12:00 位置的温度比 6:00 位置特别是内壁的温度更高，如采用只有一个控温加热区(控温热电偶在12:00 位置的电阻加热方式时，6:00 位置特别是内壁的温度将可能低得多，造成这些部位回火不充分。可以采取以下一种或多种方法减小这种温度不均匀性:
当管道直径变大时增加周向控温加热区的数量;
采用能够弥补对流和其它热损失的最小加热区宽度计算方法(如 HB2等);
控制 12:00 点的温度在许可温度范围的高侧;
在6:00位置增加额外的保温;
采用偏心加热器 (6:00 位置比 12:00位置更宽);
增加内部保温
通常采用的方法是增加加热带控制区的周向分布数量来减小这种温度偏差。对水平布置的管道，焊后热处理时推荐的控温区的数量和热电偶的布置如表 3 所示。
表3水平置管道 PWHT的推荐控温加热区数量和热电偶的布置
控温热电偶一般位于控温区预期温度最高的地方以防止超过最高的允许温度。
垂直布置管道的对接接头
由于对流的存在，垂直管道加热带上半侧的温度将高于下半侧的温度，可以采取以下方式减小上下区域的温度偏差:
a.采用4.2中的推荐方式确定加热带的宽度,对于垂直布置的管道 Hi取3;
b.在焊缝的上下部采用独立的控温加热区;
c.对电阻加热方式加热带中心向下侧偏移以平衡热流，如加热带 60%布置在焊缝的下部;
d.保温向焊缝下部偏移
不管采取上述什么方式，在焊缝上部和下部区域安装监测热电偶能够确定温度是否达到设定值。
管道与法兰、阀门的焊接接头
在管道与法兰或阀门的对接接头的焊后热处理中，在焊缝两侧将产生不对称的热传导，法兰或阀门等部件将吸收大量的热量，即产生"冷阱效应”。在壁厚不同的部件上采用各自独立的控温加热区是最理想的。在这种方法无法实现的情况下，可将加热区向壁厚大的部件偏移，但对管道/阀门、管道/法兰的焊接接头，往往达不到所需要的偏移量。对于上述几种方法均无法实现，不能在厚壁部件上布置额外的加热器时，必须通过加装监控热电偶来保证薄壁部件不能过热，同时厚壁部件达到了预定的温度，可以减小薄壁部件上的保温层来使均温区预定的温度范围之内。
根据4.2中计算加热区宽度的方法可以确定加热带偏移量。以焊缝为中心，每一侧所需的加热区宽度为:
计算得到的 HB2(1/2)需要与以式(2 )计算的 HB1 的一半进行比较，每侧取HB2(1/2)和 HB1半值中的较大的一个作为该侧的加热区宽度。
接管座焊缝
对接管、吊耳等与管道的焊接接头热处理，应尽可能采取整圈环形加热的方式(图3)，其中的带下标“b”的参数即为接管的参数，计算时同样按第 7节推荐的公式，但壁厚、直径等参数取接管的。如果接管的尺寸较小，应将整个接管包括在均热区内。
对接管座的热处理，加热器很难完全贴合在管壁的表面，导致该部分加热强度降低，需要在这些区域增加监测热电偶，而控温热电偶安装在预期温度比较高的区域。或者在接管、主管道上布置各自独立的加热器和控温热电偶。
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