管道焊接接头局部焊后热处理的最小加热宽度

第53卷第1期2016年2月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENTPIPINGVB153NO1FEB2016管道焊接接头局部焊后热处理的最小加热宽度李建国石油化工工程质量监督总站，北京100728摘要对于局部焊后热处理的加热最小宽度，各国标准，甚至同一个国家的不同标准的要求都不一样，加热宽度确定的依据也不同。文中对比了国内各标准和国外部分标准的加热宽度，同时分析了加热宽度设定的理论依据，提出了合理的焊后热处理局部加热宽度。关键词均温带；加热宽度；保温宽度；焊后热处理中图分类号TQ0558；TH186文献标识码A文章编号100932812016O10068003焊接接头焊后热处理简称PWHTPOSTWELDHEATTREATMENT的目的，总的来说有两个一是松弛参与应力；二是改善焊接接头的组织和性能。以达到以下的效果防止应力腐蚀；提高断裂韧性；改善蠕变性能；消除焊接接头的淬硬组织；稳定尺寸和形状；软化热影响区；增加焊缝金属的延性。要很好地达到以上的效果，最理想的是整体热处理，压力容器的焊后热处理就是整体热处理，但在T程建设现场的管道施工很难实现整体热处理，采用的是加热焊接接头的局部焊后热处理。局部焊后热处理时，主要控制参数是均温带、加热宽度和保温宽度。均温带应达到所要求的温度以及容许的温差范围，且不得超过规定的最高温度，它包括焊缝、热影响区以及邻近的部分母材；加热宽度即热源覆盖表面的宽度，它是最主要的控制参数，用它调节均热区达到所要求的温度范围，并取得消除应力的最佳效果；保温宽度包括均温带、加热带以及附近有效的母材金属部分，以使在加热带内不超过最大允许的轴向温度梯度。1国内管道标准对于焊缝局部焊后热处理的加热宽度要求以下焊缝宽度用表示，管子厚度用T表示。SH35012011石油化工有毒、可燃介质钢制管道施工及验收规范_1_、GB505172010石油化工金属管道施T及验收规范L2，热处理加热范围为焊缝两侧各不少于焊缝宽度的3倍3。加热范围以外100MM区域内应予以保温。SH35202004石油化工铬钼钢焊接规程P，加热范围以焊缝中心为基准，两侧各部小于焊缝宽度的3倍3。GB208012006压力管道规范L4，GB502362011现场设备、管道焊接施工规范焊缝局部热处理的加热范围每侧应不小于焊缝宽度的3倍3，加热范围以外100150MM区域内应予以保温。由上可以看出，国内管道标准对于焊缝局部加热的加热宽度要求为67倍焊缝宽度67。2国际管道标准对于焊缝局部加热的加热宽度要求国外标准，一般都引进了均温带SOAKBAND，简称SB，加热宽度HEATBAND，简称HB概念。API582美国石油协会化工、石油、气体工业焊接指南SBW4THBSB5式中焊缝宽度；F管子壁厚；收稿日期20151207作者简介李建国1971一，男，河J匕省大名县人，叶L国石油化工股份有限公司工程部质量监督总站副处长，高级工程师。多年从事工程质量监督与管理工作。2016年2月李建国管道焊接接头局部焊后热处理的最小加热宽度69R管子内径。API945避免胺装置腐蚀裂纹HB412508MMAWSD1010美国焊接协会管道焊缝局部加热规程81SBW2T，HBSB4V，引人HI值计算，加热宽度按大者执行HI计算比较复杂，此处不予介绍。ASMEB313美国机械工程师协会工业管道SBW50，对HB没有规定。ASMEB311动力管道SB3T，对HB没有规定。BS2633英国标准协会输送流体用铁素体钢管道焊接SB3T，HB5T。BS5500英国标准协会非直接受火焊接压力容器规范】HB5。3焊缝局部加热的加热宽度选择原则焊后热处理的目的主要是改善焊接接头的性能和消除焊接残余应力，因此局部热处理有两种考虑其一是基于局部加热引起的热应力；其二是基于均热区壁厚的温度梯度。31基于局部焊后热处理时残余应力消除效果的加热宽度这项工作的基础是建立与炉内相似的应力水平的参数作为近似值。在PWHT温度的材料的屈服强度，常常作为应力松弛的目标水平。建立高温作为应力释放的近似目标值后，限制在焊缝PWHT时诱发应力小于，因此保证在PWHT对诱发应力不大于残余应力，此残余应力即使在整体PWHT时也存在。作为这项工作的结果，加热带宽度建议的公式是HB5焊缝在中间。上海交通大学进行的试验也证明加热宽度为5时效果较好。加热宽度尺寸为5可能过于保守，德国标准附件解释了将加热宽度从5减小到4的根据。扼要地讲这个附件解释，由局部加热产生的应力和力矩的“极限长度”，按照壳理论是283，因此认为4的加热宽度尺寸将提供合适的安全边缘。德国标准要求的PWHT加热宽度是HBSB4,这个推荐与国际标准不同，这种方法用均温带边缘代替了焊缝中心线。两种方法相似，其不同取决于均温带与的不同。由此可以发现API582，API945，AWSD1010都是基于这个原则规定加热宽度，只是考虑现场加热的不确定性，选择趋于保守。32基于均热区壁厚的温度梯度的加热宽度有试验指出管子厚度方向的温度梯度与表面的加热宽度成正比，与管子厚度、直径及能量来源无关；如果加热宽度为5，加热原件布置在管子外表面，则外表面温度在轴向从焊缝中心起“T”距离内，将于焊缝根部的温度接近相同。国内的标准都以这个准则制定了加热宽度，基本都规定焊缝两侧各加3W，按照焊接坡口6O。计算2T311T，只是由于没有引进均热区宽度，规定的加热宽度更像是经验值。ASMEB313和ASMEB311仅仅给出了均热宽度，而热处理的加热宽度要保证均热宽度。BS2633以这个准则制定了加热宽度。按照均热理论，均热宽度两侧各加“25F”，可以是从焊缝中心起两侧“T”范围内的外表面、内表面的中心达到均温，即“5F”的加热宽度可以使“2F”范围的外表面达到加热温度。以此类推，“6F”的加热宽度可以使外表面“3F”范围内，内表面的“T”范围内达到加热温度；“7F”的加热宽度可以使外表面“4”范围内，内表面的“2F”范围内达到加热温度。由此可以看出，BS2633的加热宽度并不能保证其规定的均热宽度；而国内标准规定的67加热宽度，如果将焊缝宽度近似看作管子厚度，可以保证均热宽度为34T。4关于均热宽度和保温宽度的考虑均热带的考虑也是两个方面的，以改善焊接接头的性能为目的的焊后热处理，均热区必须将焊接热影响区的粗晶区包含在内，对于一般的焊接方法，粗晶区不超过焊缝边缘1ITI1TI的范围3_；部分标准规定的均热带宽度3，能够达到这个目的，国内标准也可以达到这个要求。以消除焊接残余应力为目的的焊70化工设蔷与管道第53卷第1期后热处理，应包含焊缝两侧各25MM；如果将焊缝宽度近似为管子厚度，国内标准基本可以达到消除应力的目的。保温宽度要保证热处理温度梯度不下降得过快，国外标准一般规定保温宽度HB4FI，即超过加热带边缘2；国内标准规定加热范围以外100L50MM区域内应予以保温。这两个的规定取决于与50MLTL哪一个更大。5结论国内标准在焊后局部热处理规定尚不完善，管道焊后热处理的加热宽度应该严格按照相关标准的大于“7”执行。但要知道，“7”的加热宽度，对于大直径管的消除应力效果差，仅仅能够消除焊缝和热影响区的淬硬组织。234【5678910111213参考文献SH35叭一201L，石油化I有毒、可燃介质钢制管道施I及验收规范【SGB505172叭O，石油化T金属管道施丁及验收规范【SSH35202004，石油化丁铬钼钢焊接规程SGB208012006，力管道规池SGB502362011，现场设备、管道焊接施T规范SAPI582，WELDINGGUIDELINESFORTHECHEMICAL，OIL，ANDGASINDUSTRIESSAPI945，AVOIDINGENVIRONMENTALCRACKINGINAMINEUNITSSAWSD1010，RECOMMENDEDPRACTICESFORLOCALHEATINGOFWELDSINPIPINGANDTUBINGSASMEB3L3，PROCESSPIPINGSASMEB311，POWERPIPINGSBS2633，BRITISHSTANDARDSPECIFICATIONFORCLASSIARCWELDINGOFFERRITICSTEELPIPEWORKFORCARRYINGFLUIDSSBS5500，SPECIFICATIONFORUNFIREDFUSIONWELDEDPRESSUREVESSELSS陈伯蠡焊接工程缺欠分析与对策M北机械I_、出版社，1998MINIMUMHEATINGWIDTHOFLOCALPWHTFORWELDINGJOINTINPIPINGLIJIANGUOPETROCHEMICALENGINEERINGQUALITYSUPERVISIONSTATIONBEIJING100728，CHINAABSTRACTINDIFFERENTSTANDARDSWORLDWIDE，THEMINIMUMHEATINGWIDTHREQUIREDINLOCALPWHTAREDIFFERENT，EVENINTHESTANDARDSISSUEDINONECOUNTRY,THESITUATIONISTHESAMEINTHISPAPER,THEHEATINGWIDTHSPECIFIEDINDIFFERENTSTANDARDSINCHINAANDOTHERCOUNTRIESWERECOMPAREDATTHESAMETIMES，THEPRINCIPLEFORSPECIFYINGTHEHEATINGWIDTHWASANALYZEDTHEN，APPROPRIATEHEATINGWIDTHFORLOCALPWHTWASPROPOSEDKEYWORDSEVENTEMPERATUREZONE；HEATINGWIDTH；INSULATINGWIDTH；POSTWELDHEATTREATMENTFPWHT1上接第48页ONREFORMOFMECHANICALSEALUSEDINHIGHLYHAZARDOUSMEDIUMPUMPZHUXIAOBO，WANGWEI，ZHANGYOUHUASICHUANSUNNYSEALCOLTDCHENGDU610045，CHINAABSTRACTWITHTHEVIEWOFSEALMANUFACTURE，SOMETYPICALPROBLEMSOCCU