局部中频感应加热技术在电站高合金耐热钢热处理中的应用

局部中频感应加热技术在电站高合金耐热钢热处理中的应用

孙希刚于连水朱丹丹

（山东电力建设第三工程有限公司山东青岛266100）

摘要：文章介绍了中频感应热处理技术原理，总结了局部中频感应加热技术在电站高合金耐热钢热处理中的关键技术，并与传统柔性陶瓷电阻加热热处理主要技术指标进行了对比分析，得出结论为中频感应热处理测温更准确、焊口周向温差更小以及布氏硬度值丰富和规范要求。该技术特别适用于电力建设领域电站项目大管径、厚壁高合金管道尤其是异形大三通、炉顶集箱、炉顶连接管接集箱及接管座等困难位置管道、管件的热处理工作。

关键词：中频感应技术原理关键技术技术指标

1．引言

随着以A335P91、A335P92为代表的高合金耐热钢在超临界、超超临界等大容量高参数机组的广泛应用，对现场管道焊接接头局部消应力热处理质量提出了更高的要求。传统的电阻加热设备主要是依靠辐射加传导的方式，将覆盖在被加热件表面的加热器产生的热量传导到被加热件的表面，然后靠金属自身的导热特性向内部传导，因此在处理大管径厚、壁管管道焊缝时内外壁温差过大，周向范围内的温度不均匀且较难控制（分区控温无法从根本上解决问题），特别是在处理困难位置集箱、异形大管件时往往升温困难，热处理效果难以满足日益提高的热处理质量要求。

针对这一问题，我公司在传统电阻加热热处理工艺应用的基础上，研究并推广局部中频感应热处理技术的应用，其感应加热的热源来自金属内部产生的涡流和磁滞作用使金属材料发热，造成的内外壁温差很小，从而在加热原理上很好的改善了这一状况。通过试验和研究发现，在大管径、厚壁SA335P91管道应用中频感应预热和应力消除热处理技术，能有效降低材料消耗、提高处理效率、节约处理成本、改善作业环境，经现场实践证明，使用感应加热设备内外壁及周向最大温差不超过8℃，热处理效果非常理想。

2．中频感应热处理技术原理

中频感应加热技术原理是把三相工频交流电整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割线圈内部的金属管道，在金属材料中产生涡流，通过使金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动所产生得热量来加热管道。

从技术原理上讲，感应加热的热源来自金属内部产生的涡流和磁滞作用使金属材料发热，因此工件内外壁及周向受热均匀，并且可通过调节输出电流的频率来控制升降温速度，热处理效果理想。

3．局部中频感应热处理关键技术

在电站大管径、厚壁P91等高合金耐热钢管道焊口进行现场局部热处理时采用中频感应设备替代传统电阻加热设备进行预热和焊后消应力热处理。电站高合金耐热钢中频感应热处理关键技术主要包括焊接式K型温热电偶安装技术、绝缘毯及感应加热电缆安装技术、感应设备工艺参数设置及运行监控技术和热处理工艺曲线数字化存取技术等。

3.1焊接式K型测温热电偶安装技术

Proheat35型感应加热设备采用焊接式K型热电偶，使用可充电式点焊机进行安装，安装技术要点如下：

1）将拟布置热电偶区域的焊缝打磨光滑，测温热电偶的数量及布置位置应根据待处理管件的规格、位置根据工程标准和规范确定，通常5G位置的管件应在6点及12点位置布置，2G位置的管件宜将热电偶布置在同一直径位置。

2）热电偶采用专用的DCCHotSpotI型点焊机焊接在焊缝外表面的中心线位置，点焊机的输出可设定在约80%左右，分两次把热电偶两极焊接好，热电偶必须保证焊接在焊缝中心，且确保各主要热点偶处于垂直于工件的同一平面上。热电偶线两极焊点距离约为6mm左右，以确保测温的准确性。

3）焊接完成后小心将热电偶线折成一个直角，使线沿着或平行于工件的方向，并在距离连接点约50cm处用玻璃丝带绑扎固定。

3.2绝缘毯及感应加热电缆安装技术

1）绝缘毯安装。热电偶布置完成后，将绝缘毯覆盖在母材坡口两侧（预热）或者焊缝表面，并使绝缘毯的中心处于焊缝的中心位置（焊后热处理）。

2）感应加热电缆安装。焊前预热时，在坡口的每一侧使用一根感应加热电缆，沿坡口边缘均匀、紧密向外侧缠绕，缠绕圈数根据规范标准中预热宽度要求确定，一般每侧以2-3圈为宜。焊后热处理时，首先将一根加热电缆沿焊缝中心缠绕一圈，然后分别向两侧缠绕相同的圈数，应特别注意加热电缆的缠绕方向，确保整个感应线圈的磁场方向一致，感应线圈的圈数应视工件的规格及加热电缆的长度而定，一般应不少于7圈。

3）感应加热电缆与设备连接。将多余的加热电缆绞合在一起，以避免不利磁场的影响。加热电缆缠绕完成后，将加热电缆与输入电缆及冷却液连接管、热电偶线与电偶延长补偿导线正确连接，并将设备的接地装置（磁性接地装置）连接到距离焊缝1.5m左右同一工件上。

3.3感应设备工艺参数设置及运行监控技术

1）设置工艺参数并运行。根据热处理工艺卡和热处理技术交底，输入工艺参数数据并接通电源开机运行，查看电流电压是否正常。热处理参数的设置应严格按照热处理工艺卡要求进行。

2）设备运行监护。设备运行期间，热处理工要密切关注各测温点信息及设备运行状态。该设备的日常维护相对比较简单，一般应定期（每个月）用高压氩气（或压缩空气，严禁使用氧气）吹扫下各冷却风扇区域，及时检查冷却液液位及质量。

3.4热处理工艺曲线数字化存取技术

Proheat35型感应设备采用数字记录仪自动存储曲线技术。记录仪为触摸屏式数字记录仪，热处理曲线自动存储在内置存储卡内，可以用U盘拷贝到电脑，进行曲线打印，实现了热处理曲线存取的数字化，便于技术资料的整理。

4.与同类先进成果主要技术指标比对情况

4.1测温准确性指标对比

中频感应加热设备采用焊接式K型热电偶进行测温，而传统的DWK-360电阻加热设备则多采用接触式铠装热电偶，为了对二者的测温准确性进行比较，专门进行了试验，即在规格为Φ607.8×88的同一P91焊口的相同位置（6点和12点位置）同时布置两种热电偶。热处理开始恒温后每隔1小时记录一次温度。

试验表明，两种热电偶在热处理恒温期间的最小温差为14℃，最大温差高达26℃，12点和6点位置的平均温差分别为25.42℃和15.57℃，由此可见中频感应加热设备所采用的焊接式K型热电偶比传统电阻加热设备采用的接触式铠装热电偶的测温更准确。

4.2焊口周向温差指标对比

在以往的大口径厚壁管P91焊口热处理施工中采用DWK-360电阻加热设备经常出现周向温差过大，加热不均匀的问题，尤其是水平焊口的平焊、仰焊两位置温差明显，极易产生加热应力过大的现象，而使用中频感应加热设备成功解决了这一问题。在P91焊口热处理施工过程中，持续对主汽（MS）和热段(HRH)等不同规格的多只焊口进行周向温差跟踪测试，测温点布置情况，部分典型焊口恒温期间的数据记录。

从以上试验数据可以看出在P91焊口热处理中使用Proheat35型感应加热设备能够最大程度地降低焊口周向温差，有效降低由温差所产生的内应力，很好地保证了热处理效果。

4.3焊缝和母材硬度指标对比

通过对主蒸汽、热段等A335P91焊口的硬度检验数据进行统计，使用Proheat35型感应加热设备进行热处理后焊缝的平均硬度值在224～246（HB）之间，符合相关焊接和热处理技术标准、规范的要求，热处理效果较理想。

5．结束语

电站高合金耐热钢局部中频感应热处理技术是以后超临界及超超临界机组工程A335P91、A335P92等高合金耐热钢进行热处理的大势所趋，在电力建设领域电站项目大管径、厚壁高合金管道尤其是异形大三通、炉顶集箱、炉顶连接管接集箱及接管座等困难位置管道、管件的热处理作业中具有良好的推广应用前景。

【作者简介】孙希刚山东电力建设第三工程有限公司技术中心；于连水山东电力建设第三工程有限公司摩洛哥杰拉达项目部；朱丹丹青岛华丰伟业电力科技工程有限公司安环质保部。