[發(fā)明專利]主副加熱調(diào)控殘余應(yīng)力局部熱處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010198508.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-20
• 公開（公告）號(hào): CN111286597B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣文春;金強(qiáng);谷文斌;涂善東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): C21D11/00
• 分類號(hào): C21D11/00;C21D9/50;C21D1/42
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發(fā)明涉及熱處理技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種主副加熱調(diào)控殘余應(yīng)力局部熱處理方法。將主加熱帶作用在焊縫處，調(diào)控焊縫微觀組織和硬度，使得組織均勻，實(shí)現(xiàn)微觀殘余應(yīng)力調(diào)控；副加熱帶施加，在距離焊縫一段距離，在焊縫內(nèi)表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)宏觀壓縮應(yīng)力調(diào)控。避免了使用筋板加固，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度和施工周期；相比傳統(tǒng)熱處理方法，很大程度降低了焊縫附近的變形，并將最大變形轉(zhuǎn)移至非焊縫區(qū)；通過施加副加熱并嚴(yán)格控制主副加熱時(shí)間間隔，可實(shí)現(xiàn)組織改善的同時(shí)大幅度調(diào)控焊接殘余應(yīng)力；能夠使局部熱處理效果達(dá)到最優(yōu)，焊縫內(nèi)表面產(chǎn)生較小的拉應(yīng)力甚至產(chǎn)生壓應(yīng)力，從根本上解決大型裝備焊縫處產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂而發(fā)生泄露的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主副加熱調(diào)控殘余應(yīng)力局部熱處理方法。

背景技術(shù)

熱處理作為重大裝備制造與安全的重要技術(shù)，也是重大難題。在石油化工、核電等領(lǐng)域，壓力容器作為關(guān)鍵核心設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)傳熱傳質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的主要場(chǎng)所，其在役安全意義重大。目前，我國的壓力容器在尺寸上不斷的朝向大直徑、超壁厚、超長度方向發(fā)展，尺寸不斷突破世界記錄。而焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)問題已成為石化、核電裝備失效的主要原因。

大型壓力容器由于受熱處理爐體積的限制無法采用整體熱處理，只能采用局部熱處理。熱處理可以有效消除焊接殘余應(yīng)力，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范忽略了熱處理過程中產(chǎn)生的不利危害而產(chǎn)生開裂，國內(nèi)外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均未科學(xué)解決。關(guān)于局部熱處理，GB150規(guī)定包括接管在內(nèi)的整個(gè)圓周進(jìn)行加熱。對(duì)于小尺寸的容器是可行的，對(duì)于超大直徑的容器例如直徑50m，顯然不可行。從成本方面考慮，需要消耗大量的電力。從容器的完整性考慮，容器熱處理易產(chǎn)生大變形；ASME允許采用點(diǎn)狀加熱但是必須通過數(shù)值模擬進(jìn)行驗(yàn)證。

目前國內(nèi)采用分段對(duì)稱加熱與筋板加固剛-柔協(xié)同控制方法，殘余應(yīng)力消除效果由30％提高到70％以上，解決了超大承壓設(shè)備熱處理變形過大導(dǎo)致開裂的難題。然而，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際從筋板的下料、焊接、去除工作量巨大，使得工期延長；由于筋板的存在，需要重新設(shè)計(jì)保溫工裝，熱處理控溫難度進(jìn)一步增大。通過對(duì)世界最大塔器合攏焊縫局部熱處理前后的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)的局部熱處理方式熱處理前后應(yīng)力變化不大，進(jìn)一步證明了現(xiàn)有熱處理存在的問題，成為我國核電、石化等國家重大工程迫切需要解決的難題。除此之外，在橋梁、造船、重型機(jī)械等領(lǐng)域，對(duì)于平板結(jié)構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用，其局部熱處理也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

綜上所述，隨著石化服役環(huán)境進(jìn)一步惡化，核電設(shè)計(jì)壽命達(dá)60年，對(duì)可靠性要求極高，對(duì)焊接制造提出了極大挑戰(zhàn)，消除焊接殘余應(yīng)力成為提高壽命的關(guān)鍵因素。目前的主要矛盾是：一是焊接接頭微觀組織不均勻，內(nèi)部存在微觀缺陷，如元素偏析或金屬化合物(如碳化物和δ相)，產(chǎn)生微觀應(yīng)力集中，為晶間應(yīng)力腐蝕開裂提供了驅(qū)動(dòng)力；二是局部熱處理難以消除焊接殘余應(yīng)力，在焊接接頭內(nèi)表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力更是難上加難，無法解決焊接接頭應(yīng)力腐蝕開裂的問題。因此，需要發(fā)展基于殘余應(yīng)力調(diào)控的制造技術(shù)，消除微觀、宏觀殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)組織均勻，同時(shí)在接頭內(nèi)表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，即微觀組織調(diào)控和宏觀壓縮殘余應(yīng)力調(diào)控，解決應(yīng)力腐蝕開裂的問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述背景技術(shù)，本發(fā)明提供了一種全新的局部熱處理方法，具體為一種主副加熱調(diào)控殘余應(yīng)力局部熱處理方法，將主加熱帶作用在焊縫處，調(diào)控焊縫微觀組織和硬度，使得組織均勻，實(shí)現(xiàn)微觀殘余應(yīng)力調(diào)控；副加熱帶施加在距離焊縫一段距離，在焊縫內(nèi)表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)宏觀壓縮應(yīng)力調(diào)控。

本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

一種主副加熱調(diào)控殘余應(yīng)力局部熱處理方法，在焊縫處施加主加熱帶，在距離主加熱帶一段距離處施加副加熱帶；

進(jìn)一步地，將主加熱帶作用在焊縫處，調(diào)控焊縫微觀組織和硬度，使得組織均勻，實(shí)現(xiàn)微觀殘余應(yīng)力調(diào)控；副加熱帶施加在距離焊縫一段距離處，在焊縫內(nèi)表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)宏觀壓縮應(yīng)力調(diào)控。

包括以下步驟：

一.確定主加熱帶的熱處理工藝