合金钢焊缝热处理热电偶与加热器布控关系的研究

合金钢焊缝热处理热电偶与加热器布控关系的研究

胡林林

(山东电力建设第三工程公司山东青岛266100)

摘要：根据现场合金钢热处理施工热电偶及加热器布控关系，对合金钢热处理过程中应注意的热电偶及加热器布控方式进行总结。对加热器功率及位置，热电偶布置位置，温度偏移，以及特殊焊缝等方面可能出现的问题进行分析研究，并给出相应解决方案。

关键词：热处理，加热器，热电偶，加热分区，温度偏移，热损耗

1.引言

随着电厂机组的不断增大，现场汽、水管道的温度压力也随之升高，T/P91等高合金钢管道的使用也变得越来越广泛。高合金钢管道在现场安装过程中不仅对焊接要求较高，对现场热处理要求也非常严格，而高合金钢焊口热处理除工艺参数外，现场热电偶及加热器的布控也对热处理效果起到决定性的作用。

2.国内及国外规程对热处理的界定

国内热处理规程根据管径规定了热电偶的数量及安装位置，并对加热分区的数量给出定性的要求。但并未界定热电偶与加热器之间的布控关系，并未规范加热器与热电偶之间的数量关系，未阐明一个热电偶控制多个加热器的操作方法。

国外规程中热处理部分仅对相应的热处理参数做出的详细的规范，并未给出任何热电偶及加热器数量及布控的相关要求。

3.热电偶与加热器布控数量

3.1加热器功率及布控数量

现场热处理施工开始前应准备加热器。加热器功率应能够较好的满足现场不同规格管材热处理的需求，加热器应选择几种不同的额定功率，每一种功率的加热器应准备充分。现场高合金钢焊缝进行热处理时应选用额定功率相同的加热器，若由于尺寸原因，同一焊缝存在某加热器与其它加热器功率不同的情况时该不同功率的加热器应布置控温热电偶进行单独控温。

高合金钢焊缝热处理加热器数量应根据热电偶及管材规格而定。加热器数量应大于或等于控温热电偶数量，并根据管道尺寸及加热器尺寸进行选择，应确保该功率及数量的加热器能较好的对焊缝进行控温。

3.2加热器与加热分区的关系

热处理的加热分区与控温热电偶相对应，一个控温热电偶可控制单独一片加热器，也可控制多片加热器。单个控温热电偶与该热电偶控制的加热器构成加热分区（小口热处理除外）。

3.3热电偶布控数量

热电偶布控数量应根据规程要求而定，当热处理布置加热器数量较多时应适当增加控温热电偶数量。若加热器功率不同时，应保证每种功率的加热器都有控温热电偶进行控温。

4.单个热电偶控制多个加热器

单个控温热电偶控制两个及两个以上加热器构成加热分区时，控温热电偶仅能反映及控制直接接触的加热器的温度，同一加热分区的其他加热器的温度以热电偶接触的加热器温度为基点进行控制。热电偶P对加热器A，B进行控温，热电偶布控时至于加热器A侧，则加热器B温度以加热器A的温度为基点进行控温。而加热器A、B之间温度由于布控位置及管道厚度不同等原因会产生差异。两加热器温度差异产生的主要原因为：加热器布控位置以及加热器功率。

4.1加热器布置对控温的影响

单个热电偶控制两个及以上加热器组成加热分区时，对于大中口径壁厚较厚的吊口焊缝，以相同功率进行加热时温度分布并不均匀。以图2为例，热电偶P控制加热器A、B。加热器A、B功率相同，由于管道壁厚较厚，热量传递方向向上，A侧温度高于B侧。而热电偶P以A侧为基准进行控温，A侧达到恒温温度断电时，B侧也同时断电，但此时B侧温度并未达到恒温温度。

因此，现场单个热电偶控制两片以上加热器时，热电偶应布控在具有代表性的加热器侧。而同一加热分区的加热器应对称布置，确保同一加热分区的每一片加热器与热电偶控温基准相同。

4.2加热器功率

同一加热分区的每一片加热器功率应该相同。若同一加热分区加热器功率不同，热电偶以功率较小加热器为基准进行控温时，功率较大侧加热器极易发生超温的现象；而若以功率较大的加热器为基准进行控温，则功率较小侧加热器会发生温度较低的现象。

因此，现场单个热电偶控制的多片加热器构成的加热分区中，每一片加热器功率都应相同。

5.热电偶与加热器布控关系及匹配

热电偶布控完成后，进行加热器的绑扎，热电偶应布置在加热器中心位置，严禁将热电偶布置在两片加热器间隙之间。

控温热电偶应与被控加热器匹配，控温热电偶应与相同位置的加热器匹配，严禁发生控温热电偶与受控加热器不匹配的情况发生。

控温热电偶应与加热器及焊缝接触良好，以确保热电偶能真实准确的反映热处理温度控制情况，准确控制温度。

6.焊缝与加热器热电偶之间的布控关系

热处理是对焊缝的处理工艺，为控制焊缝侧温度满足热处理需求，热电偶应均匀布置在焊缝表面。但现场热处理过程中加热器不仅对焊缝进行热处理过程，还对加热器包扎范围内的母材进行了热处理过程。而控温热电偶布置在焊缝侧，母材侧温度不能准确地进行反映和控制，若不能保证加热器加热范围内温度的最高点位于焊缝侧，则可能会导致母材侧温度超温造成母材过烧。因此，控制焊缝侧温度为加热温度最高点是保证热处理质量的必要条件。

6.1温度偏移

现场热处理是对焊缝消除应力的过程，因此，控温热电偶布置时沿焊缝周围均匀分布。以横口焊缝的热处理为例，热处理时由于热量传导方向向上，因此，若加热器以焊缝为对称轴上下对称时，温度最高点位于焊缝上侧。而控温热电偶对焊缝进行控温时，上侧母材温度高于焊缝温度，发生温度偏移，易造成上侧母材硬度偏低的现象发生。

现场热处理焊缝、热电偶、加热器进行布控时应考虑温度损耗快慢及造成的温度偏移，确保温度峰值分布于焊缝侧，而此时控温热电偶则能有效准确的对焊缝热处理过程进行控温。

6.2特殊焊缝

现场热处理时存在部分特殊焊缝加热器布置比较困难导致加热宽度不够。例如体积较大的阀门口，一侧为直管一侧为管座，而由于阀门侧管座较短加热器无法布置，加热宽度较窄不足以使焊缝侧按工艺要求升温。并且阀门体积及管壁较直管侧厚，因此阀门侧热损耗较快，若加热器布控时阀门侧比直管侧窄则会导致较大的温度偏移，并造成无法升温的现象发生。较大的温度偏移会导致对焊缝控温时，加热区母材温度过高，造成母材过烧。

阀门等特殊热处理焊缝应在加热器较窄侧加绑加热器进行辅助加热，辅助加热应单独进行控温，以确保升温速率及避免温度偏移的发生。

7.结论

现场焊缝热处理时热处理工艺参数准确无误的前提下，现场热电偶与加热器的布控对热处理质量起到决定性的作用。热电偶及加热器布控时应在热电偶布控位置，加热器功率及位置，避免温度偏移等方面进行控制，以实现现场对焊缝热处理温度的精准控制，从而保证现场热处理质量。

热处理热电偶与加热器的布控由现场热处理工作人员操作，因此，现场热处理质量控制重点在于对热处理工作人员的控制，热处理人员应提供相应的培训材料及工作证明，以确保可进行相关热处理工作。

参考文献：

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［2］杨建平，郭军。DL/T-869火力发电厂焊接技术规程，2012

［3］郭军，常建伟。DL/T-819火力发电厂焊接热处理技术规程，2010

［4］王英杰，金升。金属材料及热处理[M].北京：机械工艺出版社，2007

【作者简介】姓名：胡林林工作单位：山东电力建设第三工程公司职务：焊接技术员。