热处理通用技术规程1.doc

热处理通用技术规程
第一章 基本要求
1 前言
钢制焊接容器，在焊接过程中由于焊接接头的收缩，所有焊接部位将产生较大的焊接残余应力。为了消除焊接接头德高残余应力和减轻焊缝附近的局部脆化，目前，国内广泛采用焊后热处理工艺，针对不同的工程内容，提出了多种施工方法，有内部燃烧法、热风加热法、电加热法以及爆炸能消除应力法等。从总的趋势看，多选用以轻柴油或液化气为燃料的内部燃烧法或电加热法进行整体热处理。
2 适用范围
2．1 本规程适用于现场组焊的各类球罐整体热处理或局部热处理工作和各类分段组对容器的局部热处理工作。
2．2 本规程列述了燃油法内热式整体热处理工艺、燃气法整体热处理工艺、电加热整体热处理工艺以及焊接过程中的预热、后热和局部热处理的基本工艺要求。本规程中各类热处理工艺及要求均为通用工艺文件及要求，如与图纸及专用热处理工艺要求相抵触时，应按后者执行。
3 编制依据
3．1 《钢制压力容器》 GB150-1998
3．2 《钢制球形储罐》 GB12337-98
3．3 《球形储罐施工及验收规范》 GB50094-98
3．4 《压力容器安全技术监察规程》
3．5 其它有关标准及文献
4 热处理目的
4．1 残余应力的消除，稳定容器的几何尺寸，改变焊缝的冶金性质。
4．2 减少硬化组织，提高金属的韧性和抗应力腐蚀的能力。
4．3 进一步进行焊后消氢，防止延迟裂纹的产生，预防滞后破坏和提高耐疲劳强度和蠕变强度。
5 预热和后热处理
5．1 预热温度应根据钢种、板厚、产品结构钢性及焊接环境温度综合考虑决定。
5．2 环境温度是保证焊接质量的一个重要条件；对于低合金钢，当环境温度低于5℃时；对于碳钢，当环境温度低于0℃时，凡常温下不要预热的焊件，一律在焊缝两侧各100mm范围内预热至15℃后才允许施焊。
5．3 预热方式采用电加热进行，坡口两侧预热范围应大于3倍板厚，且不得小于100mm，内外壁的温度均不得低于预热温度。
5．4 要求焊前预热的焊缝，施焊时层间温度不得低于预热温度的下限值。
5．5 预热温度应按焊接工艺评定或焊接工艺规程执行，常用钢材的预热温度按下表选用
常用钢材的预热温度
钢 种
板厚（mm）
20R
16MnR
15MnVR
15MnVNR
07MnCrMoVR
20
/
/
/
75～125
75～100
25
/
/
75～125
100～150
32
/
75～125
100～150
125～175
38
75～125
100～150
125～175
150～200
50
100～150
125～175
150～200
150～200
5．6 产品是否需要进行预热和后热处理及处理规范首先应符合图纸和设计规定，图纸无规定时可参考相应标准。
5．7 焊后立即进行后热处理的范围
5．7．1 厚度大于32mm，且材料标准抗拉强度大于540Mpa；
5．7．2 厚度大于38mm的低合金钢；
5．7．3 嵌入式接管与壳体的对接焊缝；
5．7．4 焊接工艺规程确定需要进行后热处理者。
5．8 后热处理应满足焊接工艺规程要求或按下列要求进行
5．8．1 后热温度：200～250℃
5．8．2 后热时间：0.5～1h
5．9 预热和后热应均匀，其温度测量应在距焊缝中心50mm处对称测量，每条焊缝测量点数不应少于3对。
5．10 预热和后热宜在焊缝焊接侧的背面进行。
6 焊后整体热处理和局部热处理的范围
6．1 设计图样要求进行焊后整体热处理或局部热处理者
6．2 盛装液化石油气、液氨等具有应力腐蚀的容器
6．3 名义厚度大于34mm（当焊前预热100℃以上时，名义厚度大于38mm）的碳素钢容器和07MnCrMoVR钢制容器
6．4 名义厚度大于30mm（当焊前预热100℃以上时，名义厚度大于34mm）的16MnR钢容器
6．5 名义厚度大于28mm（当焊前预热100℃以上时，名义厚度大于32mm）的15MnVR 钢容器
6．6 任意厚度的其他低合金钢容器
6．7 常用钢材热处理温度
钢 号
热处理温度（℃）
20R
625±25
16MnR
625±25
15MnVR
570＋25
570－20
15MnVNR
565±15
07MnCrMoVR
565±20
6．8 基本工艺参数
6．8．1 恒温时间：最少恒温时间按最厚壳板对接焊缝厚度的每25mm保持1h计算，且不应少于1h。
6．8．2 300℃以下自然升温，300℃以上升温速度≯50～80℃/h。
6．8．3 降温速度30~50℃/h，300℃以下自然冷却。
6．8．4 在300℃以上阶段，壳板表面上任意两测温点的温差不得大于130℃。
6．9 当图样有要求时按图样要求进行热处理参数选择。
7 热处理的前期准备
7．1 所有无损检测工作完毕，报告齐全，经审查合格。
7．2 球罐内外表面质量和焊后球罐几何尺寸须经三方联合检查格。
7．3 必须经质保体系、甲方、监检单位会签。
7．4 热处理前硬度已测定。
7．5 烟囱、保温、柱腿移动装置已安装完毕。
7．6 各操作系统已安装调试好，热电偶、记录仪等经校验并合格。
7．7 供电系统必须经全面检查，并同有关单位联系，确保60小时不停电。
7．8 必须掌握可靠的气象资料，确保50小时无雨方可进行热处理。
7．9 防风、雨棚已搭设好；脚手架、跳板已搭设好，绑扎牢固。跳板等与保温棉的间距不少于1000mm。
7．10 安全、消防设施全部落实。
7．11 各操作、维护人员已到位，已技术交底，对本岗位操作熟悉。
8 热处理管理
8．1 热处理质量控制程序（见热处理质量控制程序图）
8．2 热处理方案
8．2．1 热处理工艺和措施应纳入施工组织设计的内容，当有特殊要求时应单独编制热处理方案。
8．2．2 应根据材质、壁厚、设计技术条件、标准、规范、焊接工艺试验报告进行热处理方案的编制。
8．2．3 热处理方案应包括下列内容
8．2．3．1 热处理容器或零件的材质、主要尺寸和重量
8．2．3．2 热处理方法（电加热法局部热处理、内燃法或电加热法整体热处理）
8．2．3．3 热处理设备或加热系统布置
8．2．3．4 热处理时间---温度控制（加热速度、保温温度、保温时间、冷却温度、冷却时间、冷却方式）
8．2．3．5 测温点及热电偶布置
热处理方案编制
编制依据：
设计要求
标准规范技术条件
材料质量证明书
焊接工艺评定
工艺技术人员编制
工艺责任师审核
质保师审核
热处理方案
热处理前
联合检查会签
保温措施
热处理操作
热处理记录
时间及温度曲线
检查员
热处理操作工
热处理设备
热处理控制仪表
检验：
检查员检查
工艺责任师审核
热处理质量控制程序图

8．2．3．6 局部电加热法的加热方式（内加热、外加热）、均匀加热区的宽度和保温措施
8．2．3．7 内燃法整体热处理的燃料、喷嘴类型、热处理装置安装及操作，保温措施
8．2．3．8 产品试板热处理要求及布置
8．2．4 热处理前的联合检查：由质保师组织相关专业责任师对热处理容器进行几何尺寸、焊缝表面质量检查，以及各工序施工记录的检查，确认无损检测、所有修补工作、连接板等焊接件的各项工作已全部结束，质量检验合格，施工记录与资料齐全，并办理热处理前联合检查会签。
第二章 燃油法内热式整体热处理工艺规程
1 工艺原理
以球罐本身为燃烧室，在球罐外表面敷设保温材料进行保温。以0#或-10#轻质柴油为燃料，以压缩空气为雾化剂，以自然风作为二次风、三次风，用液化石油气为点火材料，点燃安装在球罐下极人孔上的高压喷嘴，将压缩空气送入喷嘴将柴油雾化，同时调节油、气、风，使其连续稳定燃烧，烟气由装在上极人孔带蝶阀的烟囱排除。这样喷嘴燃烧形成的热量就会以对流和辐射的方式加热球体到规定温度，从而使球罐发生塑性变形，残余应力得到释放，改善由于压片、组装、焊接产生的变形，同时较长时间的保温，也有利于焊缝金属中有害气体（主要为H2）的扩散、释放、提高了球罐的使用寿命。
2 热处理装置
热处理装置包括加热、供油、供燃料气、供风、测温和柱腿移动等系统组成。
2．1 加热系统：本系统由液化气燃烧器、点火器、喷嘴、进风套筒和管道调节阀等组成。
2．1．1 液化气燃烧器采用自制的专用燃烧器，安装于下人孔处，其作用既可加热下人孔球体，又可燃烧点火，保证雾化油连续，均匀燃烧。
2．1．2 点火器：采用自制单头液化气喷嘴（烤把）。
2．1．3 油喷嘴
油喷嘴是热处理的核心设备。采用GD4.4×9型高压多孔油喷嘴。当雾化剂压力为0.21Mpa时，其燃烧能力为140升/小时；当雾化剂压力为1.03Mpa时，其燃烧能力为1400升/小时。热处理前应进行热负荷运算，油喷嘴经试烧后方可正常使用。
2．2 供油系统
供油系统需4吨容量的贮槽一台，2CY-1.1/1.45齿轮油泵两台（一台备用）；调节计量有控制阀组、压力表等；油泵出口有回油管；贮油槽口加滤网以免堵塞喷嘴。
2．3 供风系统
雾化剂用风由两台7kgf/cm2/9m3空压机提供（一台备用）或用工厂风。压缩空气经缓冲罐，分气包至操作房控制阀组，最后输入喷嘴。
助燃用二、三次风，由上、下人孔形成的气压差以及上升热流经进风套筒吸入自然风提供。
2．4 测温系统
本系统由测温点、热电偶、补偿导线、自动记录仪等组成。
2．4．1 测温点布置
测温点数
球罐容积（m3）
50
120
200
400
650
1000
2000
≥4000
测温点数
8
8
12
12
12
16
24
36
2．4．2 热电偶的安装
热电偶的安装采用在球皮上点焊M16的开槽螺母，用螺栓压紧的方法。连接热电偶的补偿导线悬置固定，以免烧坏。冷端温度应接近环境温度。
2．4．3 测温
测温记录由XWF-300型记录仪完成，记录仪应与热电偶、补偿导线相匹配。记录仪、热电偶在使用前应校核，均应有“校验合格证”。
2．5 柱腿移动设施
热处理时，加热和冷却导致球体膨胀和收缩。为了避免柱腿与球罐连接处产生过大的应力和变形，因而要随时调整柱腿，一般每升、降100℃调整一次，使柱腿始终处于垂直状态。具体做法如下：
做一个可移动的柱腿支架，固定于柱腿上，将千斤顶置于其上，升温时向外顶，降温时向内顶。为了便于移动，柱腿板下的平垫铁应涂上黄油，以减少磨擦力。在使用千斤顶的同时，松动或拧紧定位拉杆。
球罐膨胀量按公式计算：
A=φ内×a×t×1/2（mm）
φ内——球罐内径
a——钢的线膨胀系数14.9×10-6
t——恒温最高温度
移动标记在基础上划线，柱腿点焊定位钢针。热处理后柱腿垂直度要求符合GB12337-98或GB50094-98规范要求。
3 保温
保温材料采用无碱超细玻璃棉与高硅硅酸铝混合制成，厚度120mm，以确保保温效果。
在保温表面，通过圆钢箍拉紧扁钢带，钢带上焊保温钉来固定保温棉。敷设保温材料时，相邻搭接量应大于60mm；保温材料与罐壁间隙不大于20mm。上下人孔、法兰均需保温，支柱保温长度不小于1m。保温结束后，赤道带以下应用8#铁丝箍紧拉实，以提高保温效果；保温后还应搭设防护雨棚；热处理迎风面要有防风措施，避免温差过大。
4 热处理操作
4．1 点火
开液化气阀门和启动空压机、油泵。先开燃烧器进风阀，用单头烤把点燃燃烧器；紧接着打开喷嘴雾化剂阀门，再开启进油阀门送-10#或0#柴油，点燃喷嘴。
4．2 升温
调节烧嘴的风、油、观察火焰呈白色为宜。
在300℃以下，升温速度虽然没有具体要求，但也不宜过快，因在罐壁较冷状态下加热，升温速度过快造成温差过大，产生正压反喷。在接近300℃时应将温差控制在130℃以内，300℃以上升温速度控制在≯50℃/h。
4．3 恒温
接近恒温时，应密切注意仪表记录，调节风油比，平滑地过渡至恒温。恒温时严密监视各点温度变化，力求缩小温差，使温差保持在30℃以内。
4．4 降温
降温时将火焰熄灭，关闭烟囱和其它所有进出气口，及时观察降温速度，将其控制在30~50℃/h以内。若有超差趋势，可点火或打开蝶阀进行调节。
5 注意事项
5．1 点火时先点燃烧把，再开液化气阀，防止爆燃。
5．2 升温时，先加风，后加油，不能突然加大油量，否则易形成正压反喷。降温时应先减油后减风，熄灭亦然。
5．3 热处理时，为保证上极板的温差在许可范围内，应频繁调节蝶阀。
5．4 热处理过程中，加热火焰不得与容器壁直接接触。
6 热处理操作工艺过程及常见故障的排除
6．1 热处理操作工艺过程
6．1．1 开启烟囱蝶阀，使其处于全开位置。
6．1．2 开启液化气阀门送气，用点火器从点火孔点燃罐内长明灯。
6．1．3 开启压缩空气阀，向罐内送风。
6．1．4 开启油泵阀门，向罐内送油至油喷嘴，利用压缩空气引射使油雾化，以长明灯点燃油喷嘴。
6．1．5 雾化油引燃后，利用变更风油比的办法，以雾化器进行火焰调节，根据升温速度的要求逐步加大或减少给油量。
6．1．6 恒温期间，适当调节油压和风压，恒温期完毕可停止燃烧，如果气温较低，球壳冷却速度过快时，可开启雾化器用小油量继续燃烧，或直接用点燃器进行燃烧器进行燃烧，以达到延缓冷却速度的目的。
6．2 热处理操作中常见的故障及排除方法
6．2．1 火焰脉动或产生爆音
原因：燃料油或雾化剂大量含水。
后果：破坏稳定燃烧或完全熄灭。
排除办法：排除燃料油或雾化剂中的水分。
6．2．2 雾化器喷油孔堵塞
原因：燃料油中含有机械杂质或沉淀物，尤其是新雾化器更易出现喷油孔堵塞现象。
后果：燃烧严重恶化，甚至熄灭。
排除办法：新雾化器使用前必须认真清洗干净，严格过滤燃料油，定期更换使用滤网。
6．2．3 雾化不好，火焰偏烧，出现火星或烟囱冒黑烟
原因：雾化器加工有缺陷；燃料油粘度太大；雾化剂量不足。
后果：不完全燃烧严重；火焰冒黑烟；往下淌油。
排除办法：提高雾化器加工精度严格控制几何尺寸，提高燃料油预热温度和雾化剂量压力。
6．2．4 点燃器易灭火或冒黑烟
原因：点燃气压力不够；纯度不高；助燃剂量不足或线路中有冷凝水。
后果：容易造成熄灭；电点火器积碳不能点火。
排除办法：提高点燃气和助燃剂压力；排除线路中的冷凝水；加供热伴管或缩短点燃气管路并保温。
6．2．5 火焰反喷
原因：燃烧过程中由于雾化剂压力的突降，或加油量过急，造成油气比失调。
后果：使火焰倒燃，容易造成点火器熄灭。
排除办法：逐步加大雾化剂压力，维持点燃器压力的稳定和防止熄火；一旦熄火后，应停止供油，先用雾化剂将球罐吹扫一次，然后再点燃“点燃器”。
6．2．6 熄火
热处理过程中，一旦熄火，应重新分析罐内气体成分并用氮气吹扫，合格后才可以重新点火。
7 热处理效果评定
7．1 根据施工记录，确认热处理工艺符合标准规范要求，其恒温温度达到设计规定值，偏差在允许范围之内，恒温时间符合规范规定，热处理过程中各测点的温差是否符合标准规范要求，热处理后焊缝及热影响区的硬度不大于母材硬度的125%。
7．2 热处理工艺曲线。检查热处理曲线是否符合工艺要求。
8工装设备一览表（以1000m3球罐为例）
工装设备一览表
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
油喷嘴
GD4.4×9
个
2
外购
2
液化气燃烧器

个
1
自制
3
点火器
单头烤把
个
1
自制
4
内外套筒

付
1
自制
5
贮油罐
V=2.5m2
台
1
自制
6
油过滤器
Dg40
台
1
外购
7
齿轮油泵
2CY-1.1/14.5
台
2
外购
8
玻璃转子流量计
L2B-10(液)
台
2
外购
9
分气包
0.2m3
台
2
自制
10
空压机
W-9/7DY
台
2
外购
11
缓冲罐
2m3
台
1
自制
12
烟囱
φ500×200
个
1
自制
13
手控蝶阀
φ480
个
1
自制
14
减压阀
自动调节阀
只
2
外购
15
减压阀
J11W-16 Dg15
只
10
外购
16
减压阀
J11W-16 Dg25
只
6
外购
17
减压阀
J11W-16 Dg40
只
4
外购
18
压力表
Y-150 0.6MPa
块
4
外购
19
压力表
Y-150 1.6MPa
块
6
外购
20
长图记录仪
XWF-300
台
2
外购
21
热点偶
WRN-010
套
30
外购
22
补偿导线
WRN2×2.5
米
1500
外购
23
便携式表面温度测温仪
数字显示式
块
1
外购
24
交流稳压器

台
1
外购
25
螺旋千斤顶
15t
台
5
外购
26
支柱移动支架
［12制成
组
4
自制
27
保温设施
见附图

外购
28
看火镜
带框
面
2
外购
29
干粉灭火器
手提式
台
10
外购
30
消防车

辆
1
备用
31
液化气瓶
50kg
只
15
外购
9耗用设备一览表（以1000m3球罐为例）
耗用设备一览表
序号
名称
型号规格
单位
数量
备注
1
液化气

t
0.5

2
柴油
0#或-10#
t
6

3
无碱超细玻璃棉与高硅硅酸铝复合毡
70kg/m3
m3
98
保温用
4
钢板
δ=30mm
m2
4

5
槽钢
［12
m2
20
移动支架用
6
扁钢带
—30×3
m
500
保温用
7
打包带
20×0.75
m
400
保温用
8
铁丝
8#
Kg
300
保温用
9
铁丝
20#
Kg
100
保温用
10
圆钢
φ14
m2
70
保温用
11
黄油
钙基脂
Kg
4

12
铁丝网
六角
m2
800
保温用
13
跳板
3000×300×50
块
300

14
蓬布
8×10m
张
16
防风、雨用
15
Ni18Cr20丝
缠绕式 3kw
m
1.1
局部热处理用
16
脚手杆

t
30

17
扣件
六角
只
5000
防护棚、防火墙用
18
白铁皮
δ=0.5 1m×2m
张
800
19
阻燃石棉布

m2
1800
防火措施
20
阻火铜网
25目
m2
40
阻火用
21
波纹板
V125
m2
2000
防护棚
10 燃气法内热式整体热处理简述
10．1 工艺原理
燃气法内热式整体热处理工艺原理与燃油法内热式整体热处理工艺原理基本相同，主燃料为液化气。以液化气通过喷嘴组在容器内燃烧发出的热量来升温。为使液化气在容器内封闭状态进行充分安全燃烧，需将液化气和空气按一定比例强制送入喷嘴内。
10．2 热处理装置主要分为三个系统，即液化气系统、空气系统及燃烧系统。来自液化气槽车的液化气气相组分直接引进喷嘴组，而液相组分则流经液相组分加热器后，引进喷嘴组，液化气在喷嘴组内与来自罗茨风机的空气混合。喷嘴组为一组组合式高压引射式喷嘴，布置在容器的底部，从喷嘴往上1500mm处设置均热装置。
10．3 热处理设备
10．3．1 喷嘴组
喷嘴组是由若干个高压引射喷嘴组合的。喷嘴数量按所处理容器的容积来决定。在编制热处理方案时，必须根据容器大小进行热平衡计算，求出总热负荷量，然后再选定喷嘴数量，并决定其制作组装规格。
10．3．2 均热措施
热处理时，热源位于容器底部，为使热流充分循环，容器本体温度均匀，在容器内设置一组倒立伞罩，该伞罩是用若干块碳钢或不锈钢制作的扇形板组合而成的。扇形板直接摆放在支架上，其位置在喷嘴上方，以便强制热流进行循环，从而起到均温作用。
10．3．3 保温及测温等设施与燃油法基本相同。
10．3．4 热处理过程参见燃油法热处理工艺。
第三章 电加热局部热处理工艺
1 电加热局部热处理主要对容器的最终焊缝、缺陷修补焊缝或接管等焊接部件进行热处理；热处理操作通过加热包围容器圆周的环形包覆带或采用履带式电热元件直接加热焊缝区域并采用保温材料保温来达到热处理目的。
2 电加热局部热处理可根据需要采用内部加热法、外部加热法或内外同时加热法进行。
3 采用内部加热法时应在容器外部进行保温，在内部加设保温隔板以形成封闭空间。
4 采用外热法时加热器覆盖于容器外部焊缝上或焊缝两侧，加热范围为从焊缝中心起每侧不少于焊缝宽度的 3 倍，且不少于 100mm ，对接管或其它焊接部件采用加热包围整个容器圆周的环形带进行局部加热处理时，应从管口或附件与容器连接的焊缝边缘算起，每一方向的加热宽度不小于焊缝宽度的 3 倍，且不小于 100mm 。
5 外电热法局部热处理时，加热区域以及靠近加热区的非加热部分均应包覆足够的保温材料，保温带总宽度应不小于500mm，同时，容器内壁的相应位置也应铺设保温材料或在容器内部适当位置安装隔板隔热。
6 热处理时，热电偶应根据每—加热控制区至少一支的原则配置，但沿圆周方向至少应用 12支热电偶测温，均匀布置。
7 热电偶可选用 WRKK-010 型，预先将热电偶夹或开有方槽的螺母点固于容器壁，待保温工作完成后将热电偶固定于夹内或螺母内，热电偶夹和开槽螺母的材质应力求与容器相同或相近。
8 热电偶与测温仪表间应采用补偿导线联接，且极性不得有误。
9 记录温度应采用多点长图自动打点记录仪，其分度号应与热电偶相同，走纸速度以 30 ～ 60mm/h 为宜，热电偶与记录仪应于使用前校验合格。
10 在热处理过程中应设专人定岗操作，发现测温结果失常应及时处理，温度参数偏离工艺规范时应立即采取调整措施。
11 热处理过程中发生的重大故障应作好书面记录。
12 热处理温度记录曲线和数据图表应保持清晰、整洁，不得涂改。最终的记录文件至少应包括以下内容：
12.1 容器名称(分段热处理时的段号，局部热处理的焊缝号);
12.2 测温点布置图及温度记录曲线中色标的代号;
12.3 自动记录温度时的走纸速度;
12.4 热处理日期;
12.5 操作人及技术负责人的签章;
13 热处理完毕，拆除保温材料，并将保温材料按品种，规格分别存放。
14 热处理后，对点焊处应按要求进行修磨和表面探伤。
第四章 热处理效果评定
热处理效果评定主要通过以下四种方法来进行：
1 热处理曲线检查
检查热处理曲线是否在工艺要求范围内。
2 产品试板机械性能试验
通过产品试板机械性能试验结果来间接反映热处理效果。
3 焊接接头硬度检查
对于合金钢来说，焊缝及热影响区的硬度值不得超过母材的125%。
4 应力测定
以上方法是现在普遍采用的，仅能间接的反映应力水平，对应力在三维空间的分布状况无法反映，随着科技的不断发展，用较为科学的应力测定方法来评定热处理效果有待进一步实践。