现场热处理操作工艺的控制办法

1、现场热处理操作工艺的控制办法热处理包括焊前预热、后热处理和焊后热处理。焊后热 处理包括四个重要因素，加热速度、最高加热温度、保温时 间和冷却速度。加热速度的控制，是避免工件整个截面加热 不均匀；最高加热温度的控制，高温回火上限低于Ac1, 般低于钢材原始回火温度；下限是钢材最高使用温度+(100-150 C)。且达到规定的硬度值。保温时间的控制，上 限防止性能劣化，缩短热处理时间；下限是降低残余应力， 改善金相组织和力学性能。冷却速度控制，上限是避免重新 产生残余应力；下限是防止再热裂纹的产生和性能劣化。1 .热处理操作室要求电站施工使用的热处理设备包含微机和控温仪表，算是 精密仪器。放置设备

2、的地方要求恒温、恒湿、干净整洁，需 要配置相应的设施如空调。好的环境不但可使仪器处于好的 工作状态，显示的数值准确，延长使用寿命，而且会使热处 理工作更井井有条，有利于热处理的质量控制。2.焊前预热和层间温度(a) 预热的目的：延长焊接时铁水凝固时间，避免氢裂纹；减缓冷却速度， 提高抗裂性；减小温度剃度，降低焊接应力；降低焊接结构 的拘束度。(b) 预热温度的确定：根据工件焊接性（主要取决于含碳量和合金元素含量）焊接厚度、焊接接头形式和结构拘束程度；焊接材料内在含 氢量；环境温度。是否预热主要取决于工件的含碳量和合金 元素含量，而预热温度的高低，则按上述因素综合确定。（c）预热过程中应考虑的问

3、题：（1）温度测量设备和方法-测温贴片（或测温纸）-热电偶-测温笔-表面测温仪-红外测温仪（辐射温度计）-光纤型测温仪-热电偶与补偿导线测温贴片（接触法测温）机理：测温贴片（或测温纸）受热后发生一系列化学和 物理变化，由于分子结构改变，导致反射光的颜色发生变化。 是一种能够随物体温度的变化而改变贴片颜色的测温产品。 只适用于要求预热温度低于 260C的场合。测温笔（接触法测温）使用时将笔心从外壳中拉出，将其涂抹在要测量的物体 上。当温度到达要测量的温度时，所涂抹的蜡状物的状态会 发生变化（如颜色变化、颜料蒸发等），并由此判断出温度。这种方法不能把被测件的温度度数直接显示出来，但透 过测温物质溶

4、解的现象，便可间接而准确地指示出工件温 度。热电偶（接触法测温）原理：一种比较先进的瞬态温度传感器，采用真空蒸镀 或化学涂层的方法将两种热电极材料绝缘于基体上，热电极 一般为铜-康铜、镍铬-镍硅等。其反应时间为数毫秒级，测温范围一般在1200C以下0.5产品：国产热电偶，测温范围01200C，测温准确度至2级。表面测温仪一般选用热电偶测温，用数字式仪表显示温度。均为便携式产品，携带非常方便，适合测量焊接坡口内表面的温度红外测温仪（辐射测温）非接触法测温；测温范围广，可达-30 C1300C ;可远距离测温。本方法不仅测量焊件的预热温度，还可测量火焰加热热处理时的温度。光纤型测温仪是一种结合非接

5、触式测温方法和光纤传感技术实现咼精度、高重复性、高可靠性、快速响应（小于1ms）的非接触式测温系统。(2) 热电偶与补偿导线? GB16839.1-1997热电偶 第1部分 分度表将热电偶 分为8个标准类型，其中 R、S、B型热电偶称为贵金属 热电偶，J、T、E、K、N型热电偶称为廉金属热电偶。焊接热处理使用 K型热电偶。?上述标准规定，将允差分为 3个等级。一般情况下选 2级精度，温度精度要求高时，应使用1级精度热电偶。?由于热电偶热电势与温度之间存在非线性，使用时应进行修正。? GB/T4990-1995热电偶用补偿导线合金丝将其分为：精密级合金丝，记为 S； 般用合金丝，记为G耐热用合金

6、丝，记为 Ho?要求较高时，应使用精密级补偿导线。?热电偶与补偿导线要匹配(型号匹配，极性匹配)(3) 预热方法选定原则选定预热方法的原则是：只要该方法对母材或熔敷金属不损害，且不会有杂质带入焊接区域，任何方法均可采用，但必须注意，该方法应对加热的均匀性和渗透性有保证。预热宽度：预热温度在焊接厚度方向的均匀性和在焊接 区域受热部件的均匀性，对降低焊接应力有着重要影响，因 此，不同厚度的部件其预热宽度是不同的。局部预热的宽度 一般规定为焊接厚度每侧各 4倍厚度，且不小于 150mm若 预热宽度不够或加热不均匀，对氢的扩散、淬硬组织改善和 降低拘束度应能起一定作用，但其有利的程度将很大的减 弱，而

7、且对焊接应力不但不能降低，甚至出现增大现象。 预热焊件为异种钢接头或不等厚度接头时，可按下列办法处 理。 应按钢材强度等级较高或合金元素含量高的一侧选定预热温度。 当钢材有一侧不需要预热时，可根据具体情况，允许只预热一侧至规定的温度。 当只是厚度上的差异时，预热温度可根据规程或工艺试验 数据来确定，升降温速度可按厚度大的一侧选定，以保证均匀性和渗透性。如因工艺操作条件恶劣无法达到规定预热温度时，允许 适当降低预热温度，但焊后必须进行热处理。（4）层间温度：层间温度是指多层焊中在施焊后续焊道时，其前一相邻 焊道所保持的温度。根据这一概念，在连续进行多层焊过程中，焊前预热温 度是对首层焊道而言，在

8、施焊首层以后的后续焊道时，预热 温度概念就自然消失，取而代之的是包括预热温度余热在内 的层间温度。层间温度的选定，是使首层焊道预热的效果得到延续，在焊接后续焊道的全过程中，要求层间具有一定的保持温 度，并有一定的温度区间。一般要求层间温度下限值不低于 预热温度。层间温度上、下限值都应控制。控制上限值目的是防止金属处于1100 c以上区域内的停留时间过长，而引起焊接接头晶粒粗化严重，使塑性、韧性降低；控制层间温度下限值 的目的是为防止冷却速度过快，而形成淬硬组织和影响扩散 氢的逸出。根据不同材质，层间温度应控制在预热温度下限 -400 C之间。层间温度测量，在焊接过程中，以测量焊接在起焊点前50

9、mm处测量为焊接过程的层间温度（防止焊接线能量过大） 而焊接一层结束，清理后在焊接下层前，测量上层焊道的温 度为层间温度。3. 控温区及热电偶的布置和数量采用K型热电偶作为温度检测元件，控温热电偶应沿焊缝中心线布置，对于水平对接管道，管道直径小于273mm设置一个控温区，直径大于等于273mm应设置两个及以上 控温区，对于垂直管道，可设置一个控温区，热电偶采用储 能焊接的方法将热电偶丝直接压焊在管道外表面，两结点间 距离为6mm （见下面控温热电偶的布置示意图），除控温热 电偶外，还应在焊缝最高温度和最低温度点、均温区及加热 区边缘安装监测热电偶，以保证焊缝温度在热处理范围内、 均温区内温度均

10、匀及加热区内温度不能超过最大的允许轴 向温度梯度。热电偶固定位置热处理自动曲线是反映焊接热过程的记录之一，但有些 曲线不能全部反映焊接热过程。特别是在有预热和层间温度 要求时，大多数曲线不能反映这两个这一过程。其原因是热 电偶的布置距焊缝较远。 例如，做距焊缝两边坡口分别为 120 mm的预热，。用远红外测温仪测定焊缝坡口内的温度为180 C,而与热电偶相连接的控温仪表记录的温度为350 Co显然热电偶所测定的温度不是焊缝坡口的温度，而是管道的 温度。这样的热处理曲线不能反映实际的预热和层间温度。经验证明，只有控温热电偶距焊缝坡口不超过50mm时，热处理自动记录曲线才能反映出预热、焊接和层间温

11、度的热过 程。为了能真实准确地反映焊接的热过程，热电偶应布置在焊缝处，在布置热电偶时还应注意如下几点：1）热电偶应有编号，并将热电偶的编号记录在热处理操作记录上。根据热电偶的校验偏差修正所设定的温度值;2）热电偶应布置在加热区的最高温度处，以防止局部过执；八、3）热电偶和陶瓷电阻加热带之间应加一隔热层，防止加 热器和热电偶表面接触的假温度以及电热丝对热电偶产 生干扰，影响温度的准确测量；4）最好是一个加热回路布置一个控温热电偶。水平管道PWH布置的控温加热区数量和热电偶布置（供参考使用）管道尺寸（$） mm推荐控温区数量（个）热电偶位置273以下112: 00273-406212: 00 和

12、6: 00426-54031: 00、 6: 00 和 11:00550-70043: 00、 6: 00 和 9:00、 12: 00700以上控温区数量和热电偶由加热器周向长度确定4. 热电偶的固定方式热电偶固定方式热电偶固定方式直接影响到测温的准确性。目前施工现 场热处理常用的热电偶固定方式为绑扎和点焊。其中绑扎一 般应用于铠装热电偶，点焊一般用于热电偶丝。在用绑扎方式固定铠装热电偶时必须注意：将热电偶的 热端用隔热层将其与加热器有效隔绝，防止加热器布置或高 温时隔热层破损，避免加热器产生的热量直接对热电偶辐 射。同时热电偶热端必须紧贴管壁。用点焊方式固定热电偶丝时应注意：选用合适直径的

13、热 电偶丝（一般选用0.60.8mm）及合适功率的储能式点焊机; 点焊前应将点焊部位的氧化皮打磨干净，同时将热电偶丝端 部尖角打磨平；点焊后应轻拽热电偶丝以验证点焊是否可 靠。绑扎与点焊方式各有其优缺点：采用绑扎方式固定热电 偶，方便，固定可靠，不会因为下一道工序（加热器布置、 绑扎）的影响而脱落，但测量温度受隔热层隔热效果的影响 很大；点焊方式测温准确，能真实的反映管壁的温度，但由 于焊点较小，容易受外力的影响而脱落，造成测温不准，甚 至失控。针对两种固定方式，我们曾经作过多次对比试验：在767 C下，铠装热电偶（绑扎）与热电偶丝（点焊）温差为 1015C。主要是因为铠装热电偶测温时，无法完

14、全对加热 器下的热电偶进行有效隔热，加热器产生的一部分热量通过不锈钢套管传导到热电偶的热端，从而干扰了热电偶的测5. 温度补偿导线的选择与连接由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属 时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料， 降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延 伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。所谓补 偿导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在0150 C温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价 格相对要便宜。温度补偿导线的型号必须与热电偶相匹配。施工现场通常的 KC型温度补偿导线（正极为铜，导线颜色 为红色，负极为康铜，导线颜色为

15、蓝色）和延长型温度补偿 导线（正极为镍铬，导线颜色为红色，负极为镍硅，导线颜 色为蓝色）与 K型热电偶相匹配。补偿导线与热电偶线连接时，必须保证极性正确。在连 接温度补偿线时应可靠，必须采用接线座连接，严禁采用两 根接线直接拧在一起。防止造成接线接触不良影响测温。6. 温控系统误差测量热处理温控设备在长时间运行后，由于元器件老化等原 因，温控设备会产生较大的误差。在对马氏体耐热钢进行热 处理之前应该用高精度的电位差计（热工1045表计）或热电偶校准仪（校验合格且在有效期内）对温控系统进行误差测量，在温度设定时相应的扣除数值。7. 温控仪表和热电偶的校验热处理质量取决于热处理工艺。保证热处理工艺

16、的基本 条件之一是控温仪表和热电偶的准确性。特别是对温度敏感 的P91/ P92钢，如果温度计量有 10 C的误差，其热处理效 果和性能就可能难以满足要求。因此规程要求对用于焊接热 处理的控温仪表和热电偶应定期进行校验。校验的目的是掌握控温仪表和热电偶在使用温度范围内 的误差，以便在设定温度时进行修正。为此，在对控温仪表 和热电偶进行校验时，首先应提出校验的温度范围。例如热 处理的温度范围一般在0C到800C之间，校验的温度范围也应在这个温度范围。其次应确定校验的温度点。 因为在0C 到800C之间，只有几个温度点是焊接热处理常用的。预热 温度多为150C和250 C、层间温度为350 C、焊

17、后热处理温 度为650C、720C和760C等，校验也应在以上几个常用的 温度点上进行。为减少校验的点数，可以将热电偶编号分组， 根据用途校验相应的温度点。用于P91/ P92钢焊缝热处理的热电偶应在100 C、150C、350C、760 C等点处进行校验； 只用于焊后热处理的（没有预热和层间温度要求的）热电偶，可只在焊后热处理的温度点进行校验。第三要求校验报告有 检验数据，既对每个校验的温度点应有偏差值记录。这个偏 差值是作为温度设定时的修正依据，以保证热处理温度的准控温仪表和热电偶的偏差无非有如下三种情况，在设定 温度时应做如下修正：例如在760C时，控温仪表为正偏差 4C,热电偶也为正

18、偏差3C,热处理恒温温度为 760 C，设定温度应为 760 C +4C +3C =767 C，实际温度为 760 C；控温仪表为负偏差 4C,热电偶也为负偏差 3C,热处理恒温温度为 760 C,设定温度应为 760 C -4 C -3 C =753 C，实际温度为 760 C；控温仪表为负偏差 4C,热电偶也为正偏差 3C,热处理恒温温度为 760 C,设定温度应为760 C +4C -3 C =761 C,实际温度为 760Co由于以前对控温仪表和热电偶校验目的不够明确，就没有提出具体校验要求，致使校验报告只有计量证书，没有 具体的校验数据；有的校验报告虽有校验数据，但校验数据 点不合理

19、。这样难以保证实际测温的准确，热处理质量必将 受到影响。此外，控温仪表（记录仪）和热电偶应有编号，校验报 告的编号应与实物的编号一致。在热处理操作记录上和自动 记录曲线上应记录控温仪表和热电偶的编号。以便发现问题 易于追查，特别是处理 P91/ P92钢焊缝时尤为必要。 &热处理升温前的工艺监督检查加热和测温设备、器具应符合工艺要求且在检定有效期 内；加热装置的布置、温度控制分区及加热范围、保温层厚 度、温度测点的安装方法、位置和数量符合工艺要求及现场 安全要求，符合要求，且符合相关标准、规范或工艺试验要 求。9. 后热和焊后热处理对有冷裂纹倾向的焊件，当焊接工作完毕，若不能立即 进行

20、热处理时，在焊缝冷却至室温或尚未冷却至室温，立即 将焊件加热到一定温度，并保持一定时间，缓冷至室温，这 一过程称后热或焊后消氢处理。对有低温转变要求的，应在 低温转变结束后，立即做后热或焊后消氢处理。目的：促使焊缝中扩散氢尽快逸出，避免氢致裂纹；适 当缓解焊接接头残余应力水平，防止冷裂纹和再热裂纹的发 生。（后热不能替代热处理）后热处理规范：加热温度一般为200-350 C,但不得低于 预热温度。保持时间为 0.5-6小时。加热温度高低按钢材合 金元素含量多少而定；保温时间多少则主要根据焊接厚度确 定。（对于电站用钢材，一般加热温度为350C）。后热时应注意控制以下几个方面: 对某些合金元素含

21、量较高的焊件需要较高的预热温 度，才能有效地防止冷裂纹，但较高的预热温度对焊工操作 不利，当采取后热措施时，可适当降低焊前预热温度。 后热加热时必须具有一定的宽度，一般与预热宽度相 同即可。后热处理操作过程与焊后热处理程序基本相同，只是 规定上有所区别，但在降温时必须缓冷。焊后热处理是将焊件加热到一定温度，保持一定的时间， 然后以一定的速度冷却下来，以改善焊接接头的金相组织和 力学性能或降低残余应力的过程。目的：是降低残余应力，获得一定的金相组织和相应的 各项性能。（包括：降低焊接残余应力；改善组织和提高焊 接接头的综合性能；除氢）热处理操作过程中主要控制以下几个方面 加热器选择。不能选择加热

22、器只看长短差不多就使用， 应考虑加热宽度和功率要求。必须选用符合功率和加热宽度 的加热器 热电偶布置不合理。预热离坡口距离太远（应控制在 20-50mn）。热处理时热电偶直接接触加热器没有用隔热布隔 离，使测温不准确。还有热电偶固定不牢固。 记录仪、热电偶没有按规定校验，应定期校验且在有 效期内使用。 不严格执行工艺。比如 P91焊口，焊后应在有效温度范围内进行焊口绑扎，如温度低于100 C以后才进行绑扎，这样已低于马氏体转变温度，再把温度升到100-120 C之间进行马氏体转变，这样就没有有意义了？应在马氏体转变终 了温度前进行转变。 保温宽度、厚度不够。宽度按规程规定或相关工艺评定结果确定

23、，厚度以保证保温层外温度不超过80 C确定。 设备管理和保养问题，造成控制仪表和记录仪不准确。 造成热处理温差过大，而达不到质量要求。应按相关仪器设 备管理制度进行定期维护保养，使设备在健康状态下使用。 热处理人员对过程控制不监督，造成热处理质量不合 格及记录曲线和工艺卡差别很大，对出现的问题也不做记 录。严格按工艺文件施工，并有专人进行操作过程的工艺监 督检查。 热处理加热器布置不合理，造成内外壁温差大。严格 按工艺试验进行布置。 热电偶的固定方法不当。采用正确合理的布置方法， 加强过程检查。 不同焊接位置的热传导问题注意不够（注意垂直焊口和水平焊口控制区加热器的布置位置）。10. 热处理后工艺检查热处理后进行工艺自检，自检合格后进行硬度检查或抽查。焊接热处理后自检的要求工艺参数在控制范围以内，并有自动记录曲线；热电偶 无损坏、无位移；焊接热处理记录曲线与工艺卡吻合；焊件 表面无裂纹、无异常。硬度检查要求：当热处理自动记录曲线与工艺卡不符或无自动记录曲线时，应做硬度检