一種現場快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法技術

本發明專利技術涉及焊接結構延壽處理技術領域，具體地說是一種快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法。具體是采用溫差形變處理，在小直徑管道接頭環焊縫兩邊的壓應力區進行快速加熱，造成加熱區與焊縫部位的溫差；工藝為：１）加熱區以焊縫為中心對稱分布，離開環縫距離為２０ｍｍ～４０ｍｍ；其加熱寬度為１０～３０ｍｍ；２）迅速加熱，使加熱區與環縫達到１５０℃～５５０℃溫差；然后自然冷卻即可。本發明專利技術可以降低焊接接頭拉應力８０％～１００％，本發明專利技術不但能消除大部分的應力，甚至完全消除ＳＣＣ的危害，并且具有施工簡便、效率極高特點，速度快、時間短，能耗低，特別是適合現場推廣應用。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及焊接結構延壽處理
，具體地說是一種快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法。
技術介紹
在石油化工、冶金等行業，小直徑管道(φ＜300mm)在運輸管道系統中占有重要作用。管道內輸送物質的腐蝕性和管道焊接接頭部分存在殘余拉伸應力的聯合作用，常常會在管道焊接接頭部位發生跑、冒、滴、漏等甚至完全開裂等事故，這種由于在特定材料上作用腐蝕介質和拉伸應力導致開裂的現象稱為應力腐蝕開裂，簡稱SCC。由于徹底消除小直徑管道焊接殘余應力的困難，這一現象一直困擾化工、冶金等行業，存在安全隱患，造成很大的浪費和損失，因此有必要解決管道接頭的SCC問題。傳統局部熱處理一般采用電加熱帶纏在材料上，進行加熱，靠蠕變減少應力，可以降低應力水平至材料屈服點的三分之二左右，但要求冷卻速度不能太快、保溫時間較長，仍存在較高的殘余應力，因而不能完全消除SCC的危害。而且傳統局部熱處理有一個致命的弱點，就是處理效率低、能耗高，不適應現場推廣應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種效果更優的快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法。本專利技術的目的技術方案是采用溫差形變處理，利用加熱設備，在小直徑管道接頭環焊縫兩邊的壓應力區進行快速加熱，使加熱區與焊縫部位的溫差達到一定大小；具體工藝為1)加熱區以焊縫為中心對稱分布，離開環縫距離為20mm～40mm；其加熱寬度為10～30mm；2)迅速加熱，使加熱區與環縫達到150℃～550℃溫差；然后自然冷卻即可。其中加熱部位離開焊縫的距離選擇在內表面軸向壓應力區對應的外表面；對于20鋼溫差為150～550℃，對于16Mn鋼溫差為200～550℃，對于不銹鋼溫差為150～550℃；小直徑管道可以為輸送管道，管徑直徑范圍50～300mm；材料可以為低碳鋼、低合金結構鋼、不銹鋼等各種管道用鋼；所述加熱可采用火焰、遠紅外或電磁感應加熱方法，如方便的話，在現場可用氧乙炔焰實現迅速加熱。本專利技術具有如下有益效果1.消除應力效果更優。加熱區與非加熱區的溫差應該選擇合適，太小不能有效消除焊縫區拉應力，太大又會在加熱區形成新的高拉應力區，對不銹鋼材料將是十分有害。由于本專利技術加熱區與焊縫部位的溫差合理，所以采用本方法不但能消除大部分的應力，甚至可以在接頭附近造成壓縮應力，與現有技術中局部熱處理只能降低焊接接頭焊接殘余應力的1/3～1/4相比，本專利技術可以降低焊接接頭拉應力80％～100％，甚至在焊接接頭造成一定大小的壓應力，完全消除SCC的危害。2.本專利技術具有施工簡便、效率極高特點，速度快、時間短，能耗低，特別是適合現場推廣應用。具體實施例方式實施例1采用溫差形變處理，在小直徑管道接頭環焊縫兩邊的壓應力區進行快速加熱，使加熱區與焊縫部位的溫差達到一定大小；具體工藝為取直徑100mm、壁厚4.5mm的20鋼管，加熱區以焊縫為中心對稱分布，用環形火焰加熱器，加熱離開焊縫的距離選擇在內表面軸向壓應力區對應的外表面，火焰有效加熱寬度10mm，加熱時間在30～40s之間(本實施例為35s)，火焰中心點距離焊縫中心線25～30mm(本實施例為25mm)。內壁與火焰中心正對的點，其最高溫度達到400～500℃。500℃時，它與焊縫中心線上點的最高溫差達到200℃，然后自然冷卻即可。經測試殘余應力的下降情況如下原始殘余應力值(MPa) 處理后殘余應力值(MPa) 可見，本實施例可以使焊接接頭內表面由接近材料屈服點的拉應力變為壓應力，可完全消除SCC的危害。本專利技術原理如下 由于小直徑管道環焊縫縮短造成管內壁存在軸向拉應力，這是造成SCC的主要因素。在焊縫兩邊的壓應力區加熱使加熱區與未加熱區-中心焊縫區產生溫差，溫差造成焊縫兩邊的加熱區的受熱膨脹受到與之相鄰的非加熱區-中心焊縫區的限制。當溫差達到相當大的數值時，便會使加熱區產生壓縮塑性變形，這樣在溫度平衡后，就會使焊縫兩邊加熱區縮短，與中心焊縫區相協調，從而使焊縫區應力降低乃至消除。本專利技術加熱區與非加熱區的溫差應該選擇合適，太小不能有效消除焊縫區拉應力，太大又會在加熱區形成新的高拉應力區，對不銹鋼材料將是十分有害。實施例2與實施例1不同之處在于取不銹鋼鋼管，直徑300mm，壁厚4.5mm，加熱區離開環縫距離為30mm；其加熱寬度為20mm，加熱為40s，使加熱區與環縫達到600℃，溫差為400℃，然后自然冷卻即可。其結果原始殘余應力值(MPa) 處理后殘余應力值(MPa) 本專利技術還可以取低合金結構鋼等各種管道用鋼。采用本專利技術可根據具體管道的材料、直徑和壁厚，確定處理工藝參數，包括加熱器的選擇、離開焊縫的距離以及加熱時間的選定。其中加熱器的選擇可以根據現場的具體情況來定，一般來說采用火焰加熱在現場更加方便實用；其加熱時間可以通過試驗預先進行確定。各種管道用鋼所需溫差的確定原理是根據鋼的熱膨脹系數和處理所要達到的應力值來確定。權利要求1.，其特征在于采用溫差形變處理，在小直徑管道接頭環焊縫兩邊的壓應力區進行快速加熱，造成加熱區與焊縫部位的溫差；具體工藝為1)加熱區以焊縫為中心對稱分布，離開環縫距離為20mm～40mm；其加熱寬度為10～30mm；2)迅速加熱，使加熱區與環縫達到150℃～550℃溫差；然后自然冷卻即可。2.按照權利要求1所述現場快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法，其特征在于加熱離開焊縫的距離選擇在內表面軸向壓應力區對應的外表面。3.按照權利要求1所述現場快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法，其特征在于小直徑管道可以為輸送管道，管徑直徑范圍50～300mm；材料可以為低碳鋼、低合金結構鋼、不銹鋼各種管道用鋼。4.按照權利要求1所述現場快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法，其特征在于對于20鋼溫差為150～550℃，對于16Mn鋼溫差為200～550℃，對于不銹鋼溫差為150～550℃。全文摘要本專利技術涉及焊接結構延壽處理
，具體地說是一種快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法。具體是采用溫差形變處理，在小直徑管道接頭環焊縫兩邊的壓應力區進行快速加熱，造成加熱區與焊縫部位的溫差；工藝為1)加熱區以焊縫為中心對稱分布，離開環縫距離為20mm～40mm；其加熱寬度為10～30mm；2)迅速加熱，使加熱區與環縫達到150℃～550℃溫差；然后自然冷卻即可。本專利技術可以降低焊接接頭拉應力80％～100％，本專利技術不但能消除大部分的應力，甚至完全消除SCC的危害，并且具有施工簡便、效率極高特點，速度快、時間短，能耗低，特別是適合現場推廣應用。文檔編號B23K31/02GK1548265SQ03133348公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月22日 優先權日2003年5月22日專利技術者林泉洪, 陳懷寧, 呂建民, 陳靜, 梁越, 黃春玲 申請人:中國科學院金屬研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種現場快速消除小直徑管道焊接接頭殘余應力的方法，其特征在于：采用溫差形變處理，在小直徑管道接頭環焊縫兩邊的壓應力區進行快速加熱，造成加熱區與焊縫部位的溫差；具體工藝為：１）加熱區以焊縫為中心對稱分布，離開環縫距離為２０ｍｍ～４０ｍｍ；其加熱寬度為１０～３０ｍｍ；２）迅速加熱，使加熱區與環縫達到１５０℃～５５０℃溫差；然后自然冷卻即可。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：林泉洪，陳懷寧，呂建民，陳靜，梁越，黃春玲，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：89[中國|沈陽]