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接管座安装焊缝热处理温度场研究 陈忠兵 (苏州热工研究院电站焊接技术研究中心czbing2000@) [摘要]通过实验测量和有限元计算，研究了加热装置的大小和布置、主支管的材料和规格、多管加热、主管附加加热等因素对接管座安装焊缝热处理温度场的影响。加热装置的中心与焊缝中心重合，并对主管沿接管座根部局部附加加热至520～12Cr1MoV Φ324×50 15CrMo Φ76×17.5 340/0 540/40 700/90 816/160 811/290 410/0 540/60 695/90 790/160 800/270 368/0 540/50 695/90 830/220 650/330 注:分子为温度(℃)；分母为测点与接管座根部的距离(mm)。 从表1可看出，当焊缝达到热处理温度700℃时，管子上出现超过800℃的高温,远高于15CrMo的Ac1温度745℃。不恰当的热处理将导致热处理失效或萌生新的缺陷，带来经济损失和安全隐患。为此，需要对集箱、汽包或其它容器（以下称主管）接管座与管子（以下称支管）的安装焊缝局部热处理时的温度场特性及影响因素进行研究。 由于影响接管座安装焊缝热处理温度场的因素比较复杂，单纯依靠实验难以全面模拟工程中的各种情况和精确测量每一点的温度分布,本研究将有限元计算和实验测量相结合，采用工程上广泛应用的有限元分析软件ANSYS 7.0进行热分析。网格剖分选用20节点的六面体单元，图1为一个网格剖分图，单元节点数为40637。对流和辐射换热边界条件作为面载施加于实体的外表面，采用稳态非线性计算，加热装置以外的内外表面取介质环境温度20℃。计算中使用的材料导热系数如表２所示。 图1 多管加热网格图 表2 计算材料导热系数() 材料 20℃ 100℃ 200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 600℃ 15CrMo - 44.4 - 41.4 - 36.1 33.5 12Cr1MoV 35.6 35.6 35.6 35.2 33.5 32.2 30.6 2．热处理温度场特性 2.1 不同情况下温度场特性计算 主管与支管的材料分别选12Cr1MoV、15CrMo,规格分别选Φ324×50、Φ76×17.5，热处理温度范围取670～℃。加热装置的一端紧靠接管座根部，并取接管座根部作为支管沿轴向的相对坐标零点，接管座安装焊缝的中心距接管座根部100mm。当加热装置宽度、温度控制点改变时，计算得到的支管单独局部热处理和接管座焊缝热处理温度场的特性如表3-5、图2-8及照片1-4所示。 2.2 温度场特性分析 2.2.1支管单独局部热处理时的温度场特性 支管单独加热时，加热装置两端管子的散热条件相同，加热装置中心与最高温度点（以下称加热中心）是重合的。但从加热中心起始，温度逐渐向加热装置两端下降。宽200mm和400mm加热装置的实际保温范围都只仅占加热装置宽度的52.5％。可见，热处理时的加热范围和保温范围是不等同的。 图2 管子局部热处理时的温度分布 表3 不同条件下温度场计算结果 序号 温度控制 计算结果 备注 加热中心 （最高温度点） 加热装置中心 焊缝中心 (距根部100mm) 保温范围 加热装置 两端温度 位置 (mm) 外壁温度(℃) 内外壁温差(℃) 外壁最高温度(℃) 内外壁温差(℃) 外壁最高温度(℃) 内外壁温差(℃) 区域 (mm) 长度 (mm) 接管座外壁(℃) 支管端(℃) 1 支管单独局部热处理。控制最高温度700℃。 加热装置宽200mm 100 700 700 700 47.5～152.5 105 578 图２ 2 加热装置宽400mm 200 700 700 675 95～305 210 541 图２ 3 加热装置宽400mm 控制支管最高温度700℃ 247 700 5 689 5 592 5 163～331 168 256 577 图4 4 控制焊缝中心温度700℃ 246 824 4 815 4 700 5 a) 290 677 图3。温度云图见照片１ 5 加热装置宽200mm, 控制最高温度700℃ 134 700 6 678 7 678 7 95～173 78 266 608 图5,6。温度云图见照片２ 6 5个支管同时加热。加热装置宽200mm。控制最高温度700℃ 127 700 5 688 5 688 5 85～169 84 350～ 360 温度云图见照片３ 7 主管附加加热。加热装置宽200mm，控制最高温度700℃ 109 7