爐內焊后熱處理中測溫點的合理選擇

林雅嵐 （陜西化建工程有限責任公司，陜西 西安 712100）

在生產實踐中，采用熱處理爐對壓力容器進行焊后熱處理時，所選擇的測溫點不盡相同，有的對爐內氣體溫度（以下簡稱爐溫），有的對容器或受壓元件殼體溫度（以下簡稱件溫）進行測量。

為了比較爐溫與件溫的差別，我們以100萬噸/年煤焦油加氫項目制氫裝置設備中溫變換爐為例做以分析，其主體材料是14Cr1MoR（正火+回火），殼體尺寸為：φ3200mm×12610mm×56mm。由于鉻鉬耐熱鋼焊接區(qū)存在著較大的殘余應力,當殘余應力與焊縫中的殘存的氫結合時，將促使熱影響區(qū)的硬化，導致冷裂紋及延遲裂紋的產生。因此，合適的焊后熱處理工藝一方面可以松弛焊接殘余應力，改善焊接接頭性能，進一步釋放焊縫金屬；另一方面可以預防冷裂紋的產生[1]。中溫變換爐熱處理工藝見圖1。

1 熱處理過程中測溫點的實際選擇

我國標準GB150-2011《壓力容器》沒有對焊后熱處理測溫點予以明確規(guī)定，但規(guī)定了焊件升溫至400℃后加熱區(qū)的升溫速度和爐溫高于400℃時加熱區(qū)降溫速度以及升溫、保溫區(qū)的溫差要求即只對加熱區(qū)的溫度測量提出了要求[2]，故可以認為在熱處理爐內進行焊后熱處理時只測量爐溫也是符合GB150的。但標準NB/T47015-2011和ASME標準制作的容器，則以焊件上直接測量為準。

圖1：中溫變換爐熱處理工藝曲線

2 爐溫與件溫的差別

為了比較熱處理時爐溫與容器或焊件的溫度不同點，我公司在熱處理實踐中進行了探討，以中溫變換爐為例，焊件壁厚56mm，設備隨爐升溫，保溫溫度為690±14℃，保溫時間最短2.5h。

我公司采用的是燃氣式熱處理爐，其規(guī)格尺寸為30m×5.5m×6.5m。熱電偶一共26根，側墻各布置12根熱電偶，共24根，爐頂布置2根。均為測量爐溫熱電偶，其材質為鎳鉻-鎳硅型熱電偶，尺寸φ20mm×650mm。測量設備表面熱電偶通過爐車底部四個通孔引入熱電偶，其材質為鎳鉻-鎳硅型熱電偶，尺寸φ6mm×6000mm，放置在設備焊縫及隨爐試板上。其熱電偶布置曲線如圖2所示：

圖2：中溫變換爐件溫測溫點布置

我公司對爐溫、設備表面溫度均進行了測量，爐溫與件溫的各個測量點溫度都比較均勻，其結果如圖3所示（紅色虛線代表爐溫，黑色實線代表件溫）：

圖3：中溫變換爐爐溫與件溫的比較

選取部分時間點與溫度的對比記錄表如表1：

表1：時間、爐溫、件溫對照表

由熱處理結果得出如下結論：

2.1 在升溫階段，同一時刻，爐溫總是高于件溫，且爐溫先升至保溫溫度并繼續(xù)上升；

2.2 爐溫在開爐后7.9個小時達到690℃，然后8小時升到695℃，9小時又降至690℃；而件溫在7.9小時達到670℃，然后8小時升到678℃，9小時升至690℃，與件溫溫度一致。由此得出結論：在設備保溫階段的前期，爐溫從高于保溫溫度逐漸下降至保溫溫度，在保溫階段后期，爐溫與件溫都處于保溫溫度；

2.3 在降溫階段同一時刻，爐溫總是低于件溫，到接近室溫時，爐溫與件溫趨于一致。

3 爐溫與件溫不一致性分析

在產品升溫過程中，熱源先對爐內空氣進行加熱，之后產品從爐內空氣中吸收熱量，即通過空氣之間的熱傳導溫度逐漸升高。因此在升溫階段，爐內氣體的溫度總是高于件溫的溫度。

當爐溫達到保溫溫度時，件溫仍低于保溫溫度，爐溫只有繼續(xù)升高到超過保溫溫度，焊件繼續(xù)從爐氣中吸收熱量，件溫才能逐漸升高到保溫溫度，此時熱源已經(jīng)停止或減少提供熱量爐溫從最高溫度下降，到焊件保溫的后期，爐溫，件溫達到平衡。爐溫、件溫同處于保溫溫度。焊件完成了工藝規(guī)定的保溫時間后熱源停止供熱或為了滿足工藝要求的降溫速度，僅需少量供熱。

由于熱處理爐通過爐氣向爐外散熱，爐內溫度開始下降，當爐溫降到低于件溫時，焊件向爐氣散發(fā)熱量，焊件溫度也下降，由于焊件的散熱只能通過爐氣進行，在降溫過程中件溫總是高于爐溫。在整個熱處理過程中總是爐氣的溫度先發(fā)生變化，使爐氣、焊件產生溫度差，從而引起焊件溫度的變化，所以件溫時間曲線總是滯后于爐溫時間曲線。

4 測量件溫的合理性

在熱處理過程中，大部分時間，爐溫與件溫不一致，因此NB/T47015-2011和ASME規(guī)定焊后熱處理時需測量容器或受壓元件殼體的溫度是合理的，這可以保證熱處理符合工藝要求，達到預期的效果。

對于局部熱處理來說，基本上不采用爐內加熱的方式，也不存在測量爐溫的問題，統(tǒng)一為測量容器或受壓元件殼體溫度，保證了局部熱處理與整體熱處理溫度測量的一致性。

大型容器如超長的塔等需要在制造廠分段預制，現(xiàn)場組焊，組焊環(huán)縫只能局部熱處理。如果在制造廠爐內加熱測得是爐溫，而現(xiàn)場只能測件溫，就不能保證一致性。全部測量件溫，能保證熱處理工藝的正確實施。

5 結語

Cr-Mo鋼容器保溫溫度達到690±14℃，針對30mm以上超厚Cr-Mo鋼容器，件溫達到熱平衡的時間會很長，當爐溫達到保溫溫度時，件溫并未達到保溫溫度，仍需延長保溫時間，使熱量擴散達到平衡，方能使件溫與爐溫都達到保溫溫度。

通過這一次對中溫變換爐爐溫與件溫的測量比較，進一步證明了測量件溫的數(shù)據(jù)更真實可靠。

我廠燃油式熱處理爐熱電偶直接測量件溫；燃氣式熱處理爐26根固定式熱電偶測量爐溫，設計時在爐底設置通孔可引入外接式熱電偶測量件溫；臺車式電阻爐與箱式電阻爐也是熱電偶測量件溫的。此次試驗為今后熱處理工藝的制訂提供了試驗基礎。熱處理實際操作時應以件溫為準來執(zhí)行熱處理工藝。

[1]孫景榮.實用壓力容器焊工讀本[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.135.

[2]GB150-2011.壓力容器[M].中國國家標準化管理委員會，2012.331