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定，但規定了焊件升溫至400℃后加熱區的升溫速度和爐溫高于400℃時加熱區降溫速度以及升溫、保溫區的溫差要求即只對加熱區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，爐溫只有繼續升高到超過保溫溫度，焊件繼續從爐氣中吸收熱量，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，現場組焊，組焊環縫只能局部熱處理。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據更真實可靠。

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