【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热处理，具体涉及一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法。
技术介绍
1、工程实际中不锈钢容器设备焊后消应力热处理多控制在600～650℃，以期消除焊后残余应力、改善焊缝的铸态组织和控制变形等。但上述温度恰与奥氏体不锈钢的敏化区间重合，在此温度下长期停留极易造成cr23c6等碳化物在奥氏体晶粒间析出，因而若对奥氏体不锈钢做焊后热处理只能在更高的温度区间进行，同时配合水冷降温以尽快跨过敏化区间。
2、然而，更高的温度给不锈钢容器设备的应力、变形等带来了更为严峻的挑战。高频电磁感应加热以其加热速度快、温度高、成本低被应用于容器设备的热处理中；同时因为其对加热部位的可控性，使得对奥氏体不锈钢焊缝的局部固溶处理成为了可能。但是常规感应加热因其工艺条件、工装铺设等带来了一定问题：(1)保温层铺设费时费力；(2)加热时保温时间长使得整个焊缝深度方向上温度过高，而绝大部分奥氏体不锈钢构件仅要求与腐蚀介质接触的单个表面有良好性能；(3)距感应电缆直接加热区域一定距离的材料中可能存在温度区间与敏化温度重合的现象，且保温层的存在使此部分组织在敏化温度下长时间停留；(4)加热完毕后的水冷降温必须先移除保温层，因此带来的降温不及时可能导致溶于基体的碳化物重新析出。基于此，本专利技术提出一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，通过感应加热装置和冷却装置相结合，利用固溶处理改善焊缝表层力学性能和微
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，在焊缝表层设置加热区，在加热区两侧设置冷却区，在与加热区对应的焊缝背面设置测温区，包括步骤：
4、(1)确定加热区的热处理工艺参数
5、根据热处理对象的材料属性和焊缝尺寸，确定加热区的热处理工艺参数，具体包括热处理终止温度、加热区的宽度以及感应加热方式；
6、(2)通过数值模拟确定冷却区的位置及测温区的温度
7、根据步骤(1)中的热处理对象的材料属性、材料结构参数以及热处理工艺参数，对热处理对象进行感应加热数值模拟试验，获取热处理对象焊缝表层沿其轴向的时间-温度曲线以及焊缝背面测温区的时间-温度曲线，根据焊缝表层的时间-温度曲线确定冷却区的位置，根据焊缝表层加热区的时间-温度曲线以及焊缝背面测温区的时间-温度曲线确定焊缝表层温度达到步骤(1)的热处理终止温度时的焊缝背面的温度数值，并将该温度数值作为加热终止温度；
8、(3)布置加热装置、冷却装置及测温装置
9、(31)根据步骤(1)所确定的加热区宽度在热处理对象焊缝表层布置电磁感应加热装置；电磁感应加热装置通过竖直放置的铁片或耐热板与热处理对象焊缝表层之间保持一定间隙，间隙为5～10mm，电磁感应加热装置与焊缝加热区尽可能贴近；
10、(32)根据步骤(2)所确定的冷却区位置，在加热区两侧的冷却区分别布置一组冷却装置，每组冷却装置由三根开孔铜管组成，且中间的开孔铜管内通入冷却介质水，其余两根开孔铜管内通入冷却介质空气；
11、(33)在热处理对象焊缝背面的测温区布置热电偶或红外测温装置作为测温装置，获取焊缝背面测温区的时间-温度曲线；
12、(4)热处理实施
13、电磁感应加热装置的感应加热电源以恒定功率对热处理对象的焊缝表面进行加热，停止加热时间为焊缝背面的测温区的温度达到步骤(2)所确定的加热终止温度；且加热过程中，间歇性打开冷却介质为空气的开孔铜管，待停止加热后，关闭感应加热电源，并打开冷却介质为水或同时打开冷却介质为水及空气的开孔铜管进行降温，待测温装置测定的焊缝背面测温区的温度达到室温后，关闭相应的开孔铜管；另外，该步骤中，若因感应电源的功率或频率限制，无法使热处理对象焊缝表层温度按照600～700℃/min快速升高至所设定的热处理温度，则在加热过程中，无需间歇性打开冷却介质为空气的开孔铜管，待加热结束后，打开冷却介质为水的开孔铜管进行降温；
14、(5)拆除加热装置、冷却装置及测温装置
15、待热处理实施完成后，拆除加热装置、测温装置及冷却装置，并对焊缝进行无损检测。
16、进一步地，所述步骤(1)中热处理对象的壁厚为10mm以上，热处理终止温度为1050～1080℃，加热区的宽度为焊缝及焊缝向母材侧扩展5～10mm。
17、在上述技术方案中，本专利技术所适用的热处理对象的焊缝厚度以10mm壁厚为宜，厚度大的焊缝整体冷却更不均匀、碳化物析出较为严重，而过薄的焊缝因自身导热速度快，对后续冷却响应有更高的要求；若热处理对象的焊缝厚度在50mm以上，则需对电磁感应加热装置的感应加热电源预输入分段升温速率曲线和终止温度，原则上要求700℃以下快速升温，700℃至热处理终止温度可略微降低加热速率。
18、进一步地，所述步骤(1)中感应加热为高频感应加热。
19、进一步地，感应加热频率为30～100khz。
20、进一步地，所述步骤(2)中数值模拟试验的具体步骤为：
21、根据热处理对象的结构尺寸及材料，建立数值模拟模型，并建立5～10倍热处理对象模型大小的空气域模型；
22、对数值模拟模型进行网格划分，且网格划分时对热处理对象的加热区厚度方向划分至少5层边界层，同时在空气域边缘处设置无限元域；
23、对数值模拟模型施加感应加热装置，且感应加热装置数值建模时仅考虑线圈结构，并根据感应加热装置的感应电源的电流、频率赋予线圈相应的参数；
24、通过有限元数值模拟方法进行数值模拟，获取热处理对象焊缝表层沿其轴向的时间-温度曲线以及焊缝背面测温区的时间-温度曲线。
25、在上述技术方案中，由于实际热处理过程中感应加热装置与热处理对象的间距小，在热处理对象表面加热中心点布置的热电偶会受交变电场影响而不能正常工作，且感应加热装置的遮挡使得红外测温装置在热处理对象表面加热中心点也不可用，故通过在热处理对象加热区背面设置测温区来反映加热效果。为了得到焊缝表层达到设定的热处理终止温度时所对应的焊缝背面测温区的温度数值，采用数值模拟的方法进行确定。
26、进一步地，所述步骤(2)中根据焊缝表层的时间-温度曲线确定冷却区的位置时，选择加热过程中焊缝两侧温度停留在600～650℃内的时间长度占据加热时间三分之一以上的区域作为冷却区的布置位置。
27、进一步地，所述步骤(2)中根据焊缝表层加热区的时间-温度曲线以及焊缝背面测温区的时间-温度曲线确定加热终止温度时，以焊缝表层加热区中心点以及焊缝背面测温区中心点的温度为准。
28、进一步地，所述步骤(31)中电磁感应加热装置具体采用空冷/水冷耐高温电缆或铜管，电磁感应加热装置的布置宽度与热处理对象的加热区宽度相等；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，在焊缝表层设置加热区，在加热区两侧设置冷却区，在与加热区对应的焊缝背面设置测温区，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中热处理对象的壁厚为10mm以上，热处理终止温度为1050～1080℃，加热区的宽度为焊缝及焊缝向母材侧扩展5～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中感应加热为高频感应加热。
4.根据权利要求3所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，感应加热频率为30～100kHz。
5.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据焊缝表层的时间-温度曲线确定冷却区的位置时，选择加热过程中焊缝两侧温度停留在600～650℃内的时间长度占据加热时间三分之一以上的区域作为冷却区的布置位置。
6.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据焊
7.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(31)中电磁感应加热装置的布置宽度与热处理对象的加热区宽度相等。
8.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(32)中在布置冷却装置时，使冷却装置与热处理对象表层之间的间距保持10mm以上；且所述冷却装置的三根开孔铜管上均设置有用于调节冷却介质流量的调节阀门。
9.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(33)中测温装置为热电偶或红外测温元件；当测温装置为热电偶时，通过点焊将热电偶固定在焊缝背面的测温区；当测温装置为红外测温元件时，将红外测温元件固定在可直接测定焊缝背面的测温区的位置。
...【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，在焊缝表层设置加热区，在加热区两侧设置冷却区，在与加热区对应的焊缝背面设置测温区，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中热处理对象的壁厚为10mm以上，热处理终止温度为1050～1080℃，加热区的宽度为焊缝及焊缝向母材侧扩展5～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中感应加热为高频感应加热。
4.根据权利要求3所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，感应加热频率为30～100khz。
5.根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢焊缝的表层热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据焊缝表层的时间-温度曲线确定冷却区的位置时，选择加热过程中焊缝两侧温度停留在600～650℃内的时间长度占据加热时间三分之一以上的区域作为冷却区的布置位置。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李召旭，胡效东，程龙，牟鸣飞，蒋文春，解学方，李少华，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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