CSTM-承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理規(guī)程編制說明

T/CSTMXXXXX-202X《承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理規(guī)程》編制說明目錄（編寫框架）1. 目的、意義及任務(wù) 02. 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行感應(yīng)加熱熱處理標(biāo)準(zhǔn)及CSTM要求的比較與制修訂 13. 感應(yīng)加熱熱處理技術(shù) 24. 標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容 34.1標(biāo)準(zhǔn)編制原則 34.2主要內(nèi)容 45. 主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析 75.1感應(yīng)加熱在加氫反應(yīng)器上的應(yīng)用 75.2感應(yīng)加熱復(fù)合板均溫性實(shí)驗(yàn) 95.3馬鞍形厚板感應(yīng)加熱均溫性試驗(yàn) 125.3加氫反應(yīng)器筒體合攏縫感應(yīng)加熱局部熱處理可行性驗(yàn)證 156. 其他規(guī)定 217. 結(jié)束語(yǔ) 21

目的、意義及任務(wù)碳達(dá)峰和碳中和是中央人民政府和生態(tài)環(huán)境部提出的，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)實(shí)現(xiàn)綠水晴天的重要口號(hào)和目標(biāo)，也是我國(guó)對(duì)世界環(huán)境資源保護(hù)的重要體現(xiàn)。習(xí)總書記強(qiáng)調(diào)，我國(guó)在2030年碳排放達(dá)峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)；國(guó)資委強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)低碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)攻關(guān)，為企業(yè)和高?？蒲袌F(tuán)隊(duì)提出了新的要求；同時(shí)關(guān)于指導(dǎo)意見指出，對(duì)于石化行業(yè)要加強(qiáng)二氧化碳減排示范工程，要求石化行業(yè)未來減少二氧化碳排放；中石化原董事長(zhǎng)指出，石化行業(yè)要以零排放為終極目標(biāo)，比國(guó)家要求力爭(zhēng)十年提前實(shí)現(xiàn)碳中和。無(wú)論是從國(guó)家層面還是中石化內(nèi)部要求，都為石化行業(yè)碳排放提出了新的挑戰(zhàn)和要求，必須引起石化行業(yè)的高度重視。目前，我國(guó)石化核電均向高產(chǎn)、大型化發(fā)展，千萬(wàn)噸煉油、百萬(wàn)噸乙烯和百萬(wàn)千瓦核電已成為國(guó)家石化和能源發(fā)展的常態(tài)。作為石化和核電系統(tǒng)的核心裝備，承壓裝備是整個(gè)系統(tǒng)的心臟所在。為滿足該背景下的需求，實(shí)現(xiàn)提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能減排的目標(biāo)，石化和核電承壓裝備逐漸向大型化發(fā)展，一些大型加氫反應(yīng)器直徑超過6米，高度超過72米，塔器長(zhǎng)度更是長(zhǎng)達(dá)113米。然而，大型化給制造帶來巨大挑戰(zhàn)！面臨的主要問題是：由于直徑和壁厚超大、焊道多，產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，引起應(yīng)力腐蝕、蠕變、疲勞開裂。因此，提升重大承壓設(shè)備的本質(zhì)安全，亟需消除焊接殘余應(yīng)力！熱處理是改善組織、消除殘余應(yīng)力的重要手段，預(yù)熱、消氫、中間消應(yīng)以及終熱伴隨壓力容器制造的整個(gè)環(huán)節(jié)，是制造環(huán)節(jié)是不可或缺且至關(guān)重要的一步。由于承壓設(shè)備大型化發(fā)展，設(shè)備整體進(jìn)爐熱處理困難，目前采用分段爐內(nèi)+合攏焊縫局部熱處理的方式進(jìn)行熱處理。但在局部熱處理過程中，存在較大困難，陶瓷片進(jìn)行加熱壁厚有限，壁厚超70mm將無(wú)法保證熱處理內(nèi)外壁均溫性，內(nèi)外壁形成較大溫差；卡式爐加熱作為目前壁厚設(shè)備常用的加熱手段，其尺寸固定，對(duì)制造廠不同尺寸的設(shè)備適用性不強(qiáng)且現(xiàn)場(chǎng)操作難度大。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)，當(dāng)承壓設(shè)備直徑較小時(shí)，卡式爐膛由于可以內(nèi)塞大量保溫棉，從而溫度均勻性要明顯大于設(shè)備直徑較大的情況。除上述挑戰(zhàn)外，目前由于設(shè)備尺寸和壁厚超大，只能采用天然氣、燃油燃燒的加熱方式，熱處理過程中，無(wú)疑產(chǎn)生大量二氧化碳；新標(biāo)準(zhǔn)的提出預(yù)熱溫度由150升至205℃，增加了預(yù)熱過程燃?xì)獾南暮吞寂欧牛艺麄€(gè)預(yù)熱過程需一直加熱，一旦停下將會(huì)產(chǎn)生延遲裂紋，這就是工程上常說的長(zhǎng)明燈。目前據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)壓力容器制造企業(yè)達(dá)3000多家，在我國(guó)一年壓力容器制造廠進(jìn)行熱處理所排放的二氧化碳竟超5000萬(wàn)噸，這是個(gè)非常驚人的數(shù)字。同時(shí)，全國(guó)所有制造廠一年進(jìn)行熱處理耗資超過1000億元，占2020年全國(guó)GDP總值的千分之1.2。同時(shí)，根據(jù)環(huán)境保護(hù)的要求，國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)熱處理環(huán)境保護(hù)要求，明確熱處理車間需設(shè)立廢棄收集裝置，這對(duì)制造廠來說又是一大挑戰(zhàn)。所以，無(wú)論從國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)層面、還是中石化體系以及對(duì)全國(guó)各制造廠而言，我們必須要采用綠色環(huán)保的熱處理工藝。在中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)特種設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下，為促進(jìn)我國(guó)重大承壓裝備的高可靠制造、長(zhǎng)壽命服役，編寫、制訂CSTM《承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理規(guī)程》以促進(jìn)我國(guó)局部熱處理在重大裝備的發(fā)展。本文件是結(jié)合工作組采用感應(yīng)加熱技術(shù)在重大承壓設(shè)備的局部熱處理的大量應(yīng)用，形成了《承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)草案。本標(biāo)準(zhǔn)主要由中國(guó)石油大學(xué)（華東）和中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目整體規(guī)劃及實(shí)施。青島海越機(jī)電科技有限公司作為國(guó)內(nèi)知名的感應(yīng)加熱裝備生產(chǎn)廠家，在感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)方面處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)制造的感應(yīng)加熱裝備在我核電領(lǐng)域的核反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器、泵殼等關(guān)鍵裝備的熱處理得到廣泛的應(yīng)用。中國(guó)石油大學(xué)（華東）、華東理工大學(xué)等高校提供感應(yīng)加熱和局部熱處理的相關(guān)理論研究，中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司、全國(guó)鍋爐和容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)、中國(guó)特檢院等設(shè)計(jì)檢測(cè)單位對(duì)該技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，中國(guó)一重集團(tuán)有限公司、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司、寧波天翼石化重型設(shè)備制造有限公司、青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司、撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司、甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司等制造單位進(jìn)行重型加氫反應(yīng)器、大型塔器的制造及感應(yīng)加熱熱處理最優(yōu)應(yīng)力調(diào)控方法應(yīng)用，中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司作為用戶，擁有豐富的重型加氫反應(yīng)器和大型容器的管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用及反饋。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行局部熱處理標(biāo)準(zhǔn)及CSTM要求的比較與制修訂現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)感應(yīng)加熱設(shè)備的制造和機(jī)械零件方向。其中JB/T8491規(guī)定了金屬切削機(jī)床零件感應(yīng)淬火、回火的技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法與驗(yàn)收規(guī)則；GB5959.3-2008規(guī)定了感應(yīng)加熱電源、線圈及冷卻裝置的要求，從設(shè)備角度對(duì)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行了標(biāo)定；然而，對(duì)于熱處理過程中感應(yīng)電源、感應(yīng)線圈的選取及線圈布置方式和如何測(cè)溫控溫方面尚未做出系統(tǒng)性規(guī)定。綜上所述，如何采用感應(yīng)加熱方式進(jìn)行熱處理缺乏技術(shù)指導(dǎo)，需要編制統(tǒng)一適用的標(biāo)準(zhǔn)以滿足當(dāng)前需求以國(guó)內(nèi)現(xiàn)行GB/T30583-2014《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》和T/CSTM00546-2021《承壓設(shè)備局部焊后熱處理規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合最新研究進(jìn)展的感應(yīng)加熱溫度精準(zhǔn)控制關(guān)鍵技術(shù)和感應(yīng)裝備，形成CSTM《承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理規(guī)程》征求意見用草稿。感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)感應(yīng)加熱作為一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)而發(fā)展起來的技術(shù)，是一項(xiàng)綠色環(huán)保的熱處理工藝。感應(yīng)加熱與傳統(tǒng)熱處理不同，采用磁滯和渦流熱效應(yīng)，依靠工件自身生熱和熱傳導(dǎo)對(duì)工件進(jìn)行升溫，而傳統(tǒng)加熱方式僅是通過加熱器產(chǎn)熱，利用熱傳導(dǎo)和輻射對(duì)工件進(jìn)行加熱。是一種將電能轉(zhuǎn)化為磁能再轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為熱能的過程。具有非接觸式加熱、穿透性強(qiáng)且兼具退磁功能的優(yōu)勢(shì)。感應(yīng)加熱技術(shù)與陶瓷片和火焰加熱相比較，其在熱效率明顯高于其他兩種加熱方式、且感應(yīng)加熱智能化程度高，能夠做到精確控溫控制升溫速率并且隨時(shí)可調(diào)節(jié)。對(duì)于厚壁容器熱處理而言，其熱處理成本相比火焰加熱降低70%以上，并且整個(gè)熱處理過程幾乎沒有二氧化碳排放，清潔高效無(wú)污染。該方法已經(jīng)在核電設(shè)備熱處理過程中得到廣泛應(yīng)用。表1感應(yīng)加熱與傳統(tǒng)熱處理對(duì)比項(xiàng)目陶瓷片加熱火焰加熱感應(yīng)加熱加熱方式電阻外熱+輻射燃燒+輻射+熱傳導(dǎo)自生熱+熱傳導(dǎo)熱效率≤60%≤15%≥90%智能化程度低低高成本高高低環(huán)保特點(diǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，能耗高明火、煙塵CO2/NOx排放、環(huán)境污染綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)、控溫精確青島蘭石在盤錦加氫反應(yīng)器項(xiàng)目，環(huán)境溫度將近-20℃，卡式爐運(yùn)輸?shù)痊F(xiàn)場(chǎng)操作十分不便。采用現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)加熱熱處理的方式，并對(duì)感應(yīng)加熱和卡式爐現(xiàn)場(chǎng)熱處理進(jìn)行比較?？ㄊ綘t加熱周期為7天，感應(yīng)加熱工作周期僅為4天，耗時(shí)節(jié)約近一半。對(duì)于成本而言，卡式爐加熱為4.8萬(wàn)元，感應(yīng)加熱為1.1萬(wàn)元，感應(yīng)加熱熱處理成本比卡式爐節(jié)約77.1%，進(jìn)行一條焊縫焊后熱處理卡式爐排放二氧化碳為23.9噸，而感應(yīng)加熱熱處理幾乎0碳排放。表2耗能統(tǒng)計(jì)分析表加熱方式耗時(shí)功率/流量耗能總和單價(jià)成本碳排放卡式爐加熱7天一臺(tái)卡式爐498m3/h12152m33.95元/m34.8萬(wàn)元23.9噸感應(yīng)加熱4天125KW/臺(tái)（3臺(tái)）12222KWh0.9元/kWh1.1萬(wàn)元近似0噸表3是以哈電重裝所提供的核電穩(wěn)壓器筒節(jié)堆焊為例，壁厚120mm，外徑2580mm，預(yù)熱溫度180℃。預(yù)熱周期15天情況下，成本節(jié)約近12萬(wàn)，長(zhǎng)明燈燃?xì)饧訜崽寂欧胚_(dá)77.4噸。綜上，如果全國(guó)壓力容器制造廠熱處理環(huán)境采用感應(yīng)加熱的方式，一年可節(jié)約成本超770億元，且整個(gè)熱處理過程幾乎沒有二氧化碳的排放。表3耗能統(tǒng)計(jì)分析表加熱方式加熱時(shí)間功率/流量耗能總和單價(jià)成本碳排放燃?xì)饧訜?5天第1天兩個(gè)燃?xì)庀?56m3/h39312m33.95元/m315.5萬(wàn)元77.4噸第2-14天一個(gè)燃?xì)庀?8m3/h第15天兩個(gè)燃?xì)庀?56m3/h感應(yīng)加熱15天第1天40KW/臺(tái)（4臺(tái)）38800kwh0.9元/kWh3.5萬(wàn)元近似0噸第2-14天25KW/臺(tái)（4臺(tái)）第15天40KW/臺(tái)（4臺(tái)）目前感應(yīng)加熱技術(shù)由于其節(jié)能環(huán)保成本低效率高的特點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中具有很好的發(fā)展?jié)摿?，該技術(shù)若能成功在工業(yè)熱處理得到廣泛應(yīng)用，將取代傳統(tǒng)加熱方式，是一場(chǎng)工業(yè)熱處理革命性的事件。在目前的應(yīng)用基礎(chǔ)中，感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)已經(jīng)在核電設(shè)備中成熟應(yīng)用，然而由于石化設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)超尺寸、材料種類的多樣性，以及熱處理溫度跨度廣等原因在石化應(yīng)用中還未推廣，亟需建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容4.1標(biāo)準(zhǔn)編制原則（1）政策性：本文件的制定符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和政策要求。（2）原則性：本文件有利于促進(jìn)我國(guó)重大承壓裝備的高可靠長(zhǎng)壽命制造，有利于提高我國(guó)在國(guó)內(nèi)外裝備制造的競(jìng)爭(zhēng)力。（3）前瞻性：感應(yīng)加熱技術(shù)由于其高效、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中具有很好的發(fā)展?jié)摿?，將有望取代傳統(tǒng)加熱方式，是一場(chǎng)工業(yè)熱處理革命性的事件。目前，感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)已經(jīng)在核電設(shè)備中成熟應(yīng)用。然而由于石化設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)超尺寸、材料種類的多樣性，以及熱處理溫度跨度廣等原因在石化應(yīng)用中還未推廣應(yīng)用。4實(shí)用性：本文件主要用于指導(dǎo)感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)的實(shí)施。包括感應(yīng)加熱系統(tǒng)、感應(yīng)加熱工藝、溫度測(cè)量與溫度控制方法等具有較強(qiáng)的實(shí)用性。5GB/T1.1—20201標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定，文字表達(dá)力求準(zhǔn)確簡(jiǎn)明，內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)合理。6緊迫性：重大承壓設(shè)備的大型化，局部熱處理消除殘余應(yīng)力亟需開發(fā)先進(jìn)的加熱方式。一方面為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，另一方面為了提高我國(guó)承壓設(shè)備的安全服役。因此，亟需提出適合我國(guó)國(guó)情的感應(yīng)加熱技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。7重要性：目前國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均未解決承壓設(shè)備局部熱處理的關(guān)鍵問題，為了提升我國(guó)承壓設(shè)備的制造質(zhì)量，亟需編寫適合我國(guó)國(guó)情的感應(yīng)加熱熱處理標(biāo)準(zhǔn)。4.2主要內(nèi)容當(dāng)前，壓力容器向大型化方向發(fā)展，焊接制造過程中不可避免產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均要求采用熱處理的方法來消除焊接殘余應(yīng)力。由于受到直徑和長(zhǎng)度的限制，無(wú)法進(jìn)行整體熱處理，只能采用分段組焊、分段熱處理、整體組裝進(jìn)行制造。而整體組裝過程中會(huì)產(chǎn)生合攏焊縫，只能進(jìn)行局部熱處理。加氫反應(yīng)器、超限塔器的直徑、壁厚數(shù)值越大，其處理能力就越強(qiáng)。在2007年，國(guó)外制造的重型加氫反應(yīng)器最大外徑就已達(dá)到5894mm，壁厚347mm，目前我國(guó)最大加氫反應(yīng)器外徑6517mm，壁厚352mm。對(duì)于超大直徑超壁厚的此類容器，采用常規(guī)的加熱方式如火焰加熱、履帶式陶瓷片加熱，要到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推薦的局部熱處理均溫性要求是比較困難的，亟需開發(fā)先進(jìn)的加熱方式。針對(duì)超大直徑、超壁厚容器局部加熱難以實(shí)現(xiàn)均溫性的難題，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)。通過感應(yīng)加熱均溫性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加熱厚度為268mm的厚板在感應(yīng)加熱過程中保溫階段，溫差可以控制在14℃，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件要求。感應(yīng)加熱技術(shù)一方面實(shí)現(xiàn)局部加熱精準(zhǔn)控溫。另一方面，可以實(shí)現(xiàn)超壁厚容器的熱處理，相關(guān)技術(shù)以進(jìn)行試驗(yàn)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用?；诖耍朴喅袎涸O(shè)備感應(yīng)加熱熱處理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于提升我國(guó)重大承壓設(shè)備制造的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，意義重大且會(huì)形成十分深遠(yuǎn)的影響。在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，對(duì)國(guó)內(nèi)外熱處理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了廣泛而充分的調(diào)研，同時(shí)結(jié)合深入的感應(yīng)加熱理論研究及裝備研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)多年來局部熱處理在石化、核電、火電等領(lǐng)域上現(xiàn)場(chǎng)積累的問題、經(jīng)驗(yàn)和反饋，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了編寫。本說明是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)部分內(nèi)容的說明或解釋，而非標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，僅為標(biāo)準(zhǔn)使用者提供參考、建議或指導(dǎo)。本標(biāo)準(zhǔn)文件主要內(nèi)容包括以下四大塊內(nèi)容：（1）感應(yīng)加熱熱處理涉及的相關(guān)術(shù)語(yǔ)，包括感應(yīng)加熱的定義、焊前預(yù)熱和層間加熱、后熱、消氫等；（2）感應(yīng)加熱系統(tǒng)；（3）感應(yīng)加熱工藝；（4）溫度測(cè)量與溫度控制。1、范圍本文件規(guī)定了承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理的術(shù)語(yǔ)和定義、感應(yīng)加熱系統(tǒng)（感應(yīng)電源、感應(yīng)器、測(cè)溫設(shè)備及保溫毯）、感應(yīng)加熱工藝、溫度測(cè)量與溫度控制方法、感應(yīng)加熱熱處理文件。本文件規(guī)定的感應(yīng)加熱熱處理主要包括焊前預(yù)熱、后熱、消氫（DHT）、中間消應(yīng)力熱處理（ISR）、焊后熱處理（PWHT）、穩(wěn)定化熱處理。本文件適用于石油化工、煤化工、核電、火電等行業(yè)的承壓設(shè)備感應(yīng)加熱熱處理。2、術(shù)語(yǔ)和定義在術(shù)語(yǔ)及定義中，借鑒了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確了感應(yīng)加熱局部熱處理術(shù)語(yǔ)及相關(guān)的術(shù)語(yǔ)，主要包括：感應(yīng)加熱的定義、焊前預(yù)熱和層間加熱、后熱、消氫。3、通用規(guī)定相關(guān)內(nèi)容主要參考GB/T30583《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》。（1）文件部分，感應(yīng)加熱熱處理除應(yīng)遵守本標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)文件與合同的要求。（2）人員部分，焊后熱處理人員應(yīng)接受必要的培訓(xùn)，能閱讀、理解和執(zhí)行熱處理工藝文件，如調(diào)節(jié)程序、安裝熱電偶、測(cè)溫計(jì)量?jī)x表維護(hù)等。（3）適用于感應(yīng)加熱的金屬材料，主要包括碳鋼、低合金鋼、不銹鋼；鉻鉬鋼、加礬鋼。（4）感應(yīng)加熱用金屬材料及焊接材料的居里溫度點(diǎn)應(yīng)滿足如下規(guī)定：a）常見材料如碳鋼、低合金鋼的居里溫度點(diǎn)應(yīng)低于熱處理溫度以下，通過磁滯熱效應(yīng)和渦流熱效應(yīng)進(jìn)行加熱；b）不銹鋼穩(wěn)定化熱處理及固溶處理，通過渦流熱效應(yīng)進(jìn)行加熱。（5）對(duì)進(jìn)行感應(yīng)加熱金屬材料及焊接接頭內(nèi)外缺陷的限制：a）進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，應(yīng)確保坡口表面清潔；b）金屬焊接件應(yīng)焊接牢固，焊縫應(yīng)均勻、平整，不得有焊瘤、飛濺、氣孔、夾渣、裂紋及虛焊等缺陷；c）熱處理前應(yīng)確保無(wú)損檢測(cè)結(jié)果合理。（6）使用環(huán)境，a）海拔高度：不超過1000米；b）環(huán)境溫度：-20~50℃（40-50℃降額使用）；c）最大相對(duì)濕度：95%，不凝結(jié)；d）地震列度＜VII；e）無(wú)導(dǎo)電塵埃、化學(xué)腐蝕氣體及爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。（7）感應(yīng)加熱裝置的基本參數(shù)如輸入電壓、電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍、額定輸出功率、輸出電流等進(jìn)行了規(guī)定。4、感應(yīng)加熱系統(tǒng)感應(yīng)加熱系統(tǒng)主要包括感應(yīng)電源、感應(yīng)器、測(cè)溫設(shè)備及保溫毯。感應(yīng)加熱的設(shè)備包括感應(yīng)電源、感應(yīng)加熱電纜。（1）一般要求感應(yīng)加熱裝置應(yīng)滿足工藝要求，安全可靠、節(jié)能環(huán)保。感應(yīng)加熱裝置的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。檢驗(yàn)規(guī)則主要包括合格文件、檢驗(yàn)分類及出廠檢驗(yàn)。（2）感應(yīng)電源感應(yīng)電源是產(chǎn)生交變電流的關(guān)鍵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)溫度控制、電源功率的輸出。除此之外，感應(yīng)電源的安全也至關(guān)重要。首先，此部分針對(duì)感應(yīng)電源要實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱，規(guī)定所必須的功能。具體如下：a）感應(yīng)電源的輸出功率和頻率能自動(dòng)諧振跟蹤（恒溫閉環(huán)功能），并符合工藝要求；b）感應(yīng)電源應(yīng)具備溫度測(cè)量和溫度升降速率控制功能，能夠進(jìn)行溫度自動(dòng)記錄，并進(jìn)行全過程自動(dòng)控制；c）感應(yīng)電源應(yīng)具備內(nèi)置輸出回路（包括感應(yīng)器/感應(yīng)電纜、延長(zhǎng)電纜/銅排）絕緣電阻在線監(jiān)測(cè)功能（即輸出回路漏電檢測(cè)功能），可設(shè)置絕緣電阻報(bào)警/保護(hù)值，當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到絕緣電阻低于報(bào)警值時(shí)，設(shè)備應(yīng)立即切斷輸出，停止加熱，并進(jìn)行聲光報(bào)警和報(bào)警信息顯示，在排除故障后電源才可使用；d）感應(yīng)電源應(yīng)具有工作頻率快速自動(dòng)跟蹤技術(shù)。當(dāng)更換感應(yīng)加熱器、感應(yīng)線圈匝數(shù)或負(fù)載變化時(shí)，在不進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的條件下，感應(yīng)電源應(yīng)自動(dòng)快速跟蹤諧振頻率，保證電源始終工作在最佳工作頻率；e）感應(yīng)電源應(yīng)具有負(fù)載開路、短路、諧振過流、直流過壓、諧振過壓、過溫、缺相、單元平衡、電抗超限保護(hù)功能等異常狀態(tài)聲光報(bào)警。在出現(xiàn)異常狀態(tài)聲光報(bào)警時(shí)，感應(yīng)加熱電源在屏幕上同步顯示報(bào)警信息，同時(shí)應(yīng)立即切斷電源的輸出；f）感應(yīng)電源應(yīng)具有電流衰減退磁功能，不應(yīng)在焊件上留下剩磁。其次，對(duì)變頻裝置、電氣安全性能進(jìn)行了規(guī)定。最后，對(duì)感應(yīng)電源所滿足的功能及相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)定，主要包括外觀質(zhì)量檢驗(yàn)、內(nèi)部電路檢驗(yàn)、出廠檢驗(yàn)感應(yīng)器電氣性能試驗(yàn)、感應(yīng)加熱恒溫度模式試驗(yàn)、感應(yīng)加熱恒功率模式試驗(yàn)、感應(yīng)加熱恒電流模式試驗(yàn)、保護(hù)功能試驗(yàn)、電氣安全試驗(yàn)、功率因數(shù)測(cè)定、電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍等。（3）感應(yīng)器感應(yīng)器是加熱工件的關(guān)鍵設(shè)備，目前主要包括銅管感應(yīng)器和感應(yīng)電纜兩類。銅管感應(yīng)器加熱溫度較高，但是應(yīng)根據(jù)其使用要求絕緣，以保證具有規(guī)定的絕緣性和使用期限。感應(yīng)電纜是目前應(yīng)用比較廣泛的感應(yīng)器，適用于不同工件，也可以做成不同的感應(yīng)加熱工裝。感應(yīng)電纜可采用空冷耐高溫合金電纜或水冷加熱電纜。其中空冷耐高溫合金電纜其普通工況可長(zhǎng)時(shí)間耐溫450℃，水冷加熱電纜的保溫隔熱毯溫度不得高于200℃。（4）溫度測(cè)量設(shè)備溫度測(cè)量主要采用熱電偶。溫度測(cè)量是實(shí)現(xiàn)熱處理工藝的關(guān)鍵，也是確保熱處理效果的保證。本部分對(duì)熱電偶的選擇、固定及連線進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定。對(duì)于中頻感應(yīng)加熱所采用的熱電偶進(jìn)行了特殊說明，如下：采用中頻感應(yīng)加熱推薦選用金屬絲編織屏蔽套的熱電偶或K型熱電偶，但需要在感應(yīng)電纜范圍內(nèi)的熱電偶線增加金屬絲編織的屏蔽套，用來屏蔽感應(yīng)加熱過程中電纜線圈所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，保證熱電偶的溫度測(cè)量精度。（5）保溫毯為了保證局部熱處理效果，通常采用保溫棉對(duì)所加熱的范圍進(jìn)行保溫。由于感應(yīng)加熱時(shí)，先敷設(shè)保溫棉，再纏繞感應(yīng)電纜。感應(yīng)電纜與工件之間的距離太近，對(duì)保溫棉的保溫效果較高；距離太遠(yuǎn)，加熱效果不好。為此，對(duì)感應(yīng)加熱的保溫毯進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。保溫毯應(yīng)按感應(yīng)加熱的熱處理溫度和耐溫溫度的要求進(jìn)行選擇；保溫毯宜采用內(nèi)外兩層為玻璃纖維織物、中間層為陶瓷纖維棉或納米氣凝膠耐高溫材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)；保溫毯可為較厚的一層，也可為多層疊合（單層較?。?、感應(yīng)加熱工藝熱處理工藝、溫度測(cè)量設(shè)備及其保溫毯的相關(guān)規(guī)定，是確保實(shí)現(xiàn)相應(yīng)熱處理工藝的關(guān)鍵，也是確保熱處理過程的可控及熱處理效果的可靠。感應(yīng)加熱技術(shù)具有清潔、高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)核電、風(fēng)電、船舶、航空、化工裝備等有著廣泛的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，目前在承壓設(shè)備的局部熱處理應(yīng)用越來越成熟。中頻感應(yīng)加熱是目前實(shí)現(xiàn)超壁厚熱處理的一種加熱方式。（1）通用要求感應(yīng)加熱工藝（預(yù)熱、后熱、消氫、中間消應(yīng)力熱處理、穩(wěn)定化熱處理）的升降溫速率、保溫溫度和時(shí)間等要求，由GB/T150、GB/T30583、NB/T47014和設(shè)計(jì)文件等來確定。（2）熱工計(jì)算及加熱寬度的確定目前，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均沒有熱工計(jì)算的相關(guān)規(guī)定，熱工計(jì)算是確保熱處理順利進(jìn)行的保障。針對(duì)感應(yīng)加熱熱處理，熱工計(jì)算是進(jìn)行感應(yīng)加熱電源功率選擇的重要依據(jù)。感應(yīng)加熱熱處理熱工計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：根據(jù)設(shè)計(jì)文件確定加熱范圍、加熱的最高溫度；通過熱量公式計(jì)算所需要的熱量，選擇相應(yīng)的感應(yīng)加熱電源。除此之外，焊后熱處理的加熱帶寬度及隔熱帶寬度的確定也是至關(guān)重要的，本文件進(jìn)行如下規(guī)定：a）當(dāng)δPWHT≤50mm時(shí)，加熱帶寬度為HB＝7nhk（1＜n＜3)，隔熱帶寬度為GCB＝HB＋2a；b）對(duì)于δPWHT＞50mm，感應(yīng)電纜的纏繞寬度為HB＝(6～8)m·δPWHT(1＜m＜3)，隔熱帶的寬度為GCB＝(2～3)HB。（3）保溫毯的選擇及其鋪設(shè)為了保證局部熱處理效果，對(duì)中頻感應(yīng)加熱的保溫材料進(jìn)行了相關(guān)的規(guī)定。保溫的作用主要是減少散熱，保溫隔熱。中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行保溫，一方面是為了減少散熱，另一方面是為了保護(hù)感應(yīng)電纜。相關(guān)規(guī)定的主要目的主要是為了提高溫度均勻性。（4）感應(yīng)器的敷設(shè)感應(yīng)電纜的纏繞可以熱處理所需要的工藝。主要包括感應(yīng)電纜的方式和調(diào)節(jié)方式，相關(guān)規(guī)定具有成熟的工程應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)資料數(shù)據(jù)主要由青島海越科技有限公司提供。根據(jù)熱處理溫度的不同，分為預(yù)熱和層間加熱、消氫、中間熱處理及焊后熱處理，對(duì)感應(yīng)電纜及相關(guān)的工裝進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。首先，是通用規(guī)定：中頻感應(yīng)加熱時(shí)，感應(yīng)線圈的表面與工件表面的間隙為10mm～80mm；電纜的匝間距離應(yīng)根據(jù)焊件的壁厚、材質(zhì)、熱處理工藝要求、擬訂的加熱寬度確定；感應(yīng)電纜安裝時(shí)，應(yīng)避免匝間短路。然后，對(duì)進(jìn)行預(yù)熱和層間加熱的筒體對(duì)接環(huán)焊縫及接管與筒體的對(duì)接焊接接頭進(jìn)行相關(guān)規(guī)定最后，對(duì)消氫、中間熱處理及焊后熱處理進(jìn)行相關(guān)規(guī)定。上述相關(guān)規(guī)定都是通過大量試驗(yàn)總結(jié)出來的。6、溫度測(cè)量與溫度控制局部熱處理過程中，測(cè)溫的準(zhǔn)確性、均溫帶溫度的均勻性是保證局部熱處理效果的關(guān)鍵。針對(duì)中頻感應(yīng)加熱，為了確保均溫帶滿足要求及精準(zhǔn)控溫，從測(cè)溫?zé)犭娕嫉墓潭?、保溫毯的鋪設(shè)、電纜纏繞、控溫方法等進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，確保局部熱處理效果。7、感應(yīng)加熱熱處理工藝卡焊后熱處理文件主要包括焊后熱處理報(bào)告和焊后熱處理技術(shù)文件。焊后熱處理報(bào)告記錄了所熱處理容器關(guān)于本文件規(guī)定關(guān)鍵工藝、設(shè)備、熱處理曲線等信息。焊后熱處理技術(shù)文件包括與焊接工藝評(píng)定參數(shù)相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)熱處理作業(yè)指導(dǎo)書或工藝卡，應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)焊后熱處理操作記錄、焊接熱處理工作統(tǒng)計(jì)表。主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析5.1中頻感應(yīng)加熱在加氫反應(yīng)器上的應(yīng)用某臺(tái)加氫精制反應(yīng)器筒體內(nèi)徑Φ5800mm、壁厚304mm+8mm，其中304mm厚為低合金鋼母材，材質(zhì)21/4Cr-1Mo-1/4V鋼，內(nèi)表面堆焊8mm厚E309L+E347不銹鋼，筒體分段之間的合攏環(huán)焊縫采用主副感應(yīng)加熱局部熱處理方法，熱處理工藝曲線如圖1所示。筒體內(nèi)外壁表面點(diǎn)焊熱電偶，并敷設(shè)保溫毯。圖1局部熱處理工藝及環(huán)縫附偶圖經(jīng)熱工計(jì)算，采用5臺(tái)200KW加熱電源，每臺(tái)電源采用3根70m耐高溫感應(yīng)電纜并排纏繞3圈，共纏繞45圈，電纜之間間隔40~50mm。電纜纏繞區(qū)包括主加熱區(qū)和副加熱區(qū)。其中，副加熱區(qū)中心位置距焊縫中心1300mm（焊縫兩側(cè)），副加熱區(qū)加熱寬度約500mm，相關(guān)尺寸見圖2。圖2筒體內(nèi)外保溫及感應(yīng)電纜纏繞示意圖檢測(cè)各種連接線，電源開機(jī)，選用恒功率模式或工藝模式，將輸出功率或溫度曲線輸入到控制面板，接通電源開始升溫加熱。當(dāng)主加熱區(qū)完成加熱后，工件溫度降至100℃以下，將主加熱區(qū)4臺(tái)200KW加熱電源（每側(cè)焊縫采用2臺(tái)200KW加熱電源）分別接入焊縫兩側(cè)副加熱區(qū)的感應(yīng)加熱電纜，開始加熱升溫至200~300℃后，保溫30分鐘，停止加熱自然冷卻。熱處理過程中筒體環(huán)縫內(nèi)外壁熱電偶的溫度隨時(shí)間的變化如圖3所示。從圖中可以看出，不同方位的點(diǎn)在感應(yīng)加熱過程中的升溫趨勢(shì)一致。在保溫階段，均溫區(qū)溫度分布均勻，最大溫差在5℃以內(nèi)，滿足局部熱處理的均溫帶要求。圖3筒體焊縫熱處理溫度-時(shí)間圖（a）外壁（b）內(nèi)壁5.2中頻感應(yīng)加熱復(fù)合板均溫性實(shí)驗(yàn)復(fù)合板（1005×1010×87.5mm），其中復(fù)合板碳鋼層厚82mm，鈦層5.5mm。如圖4所示，復(fù)合板平放在耐火磚上，碳鋼側(cè)（正面）朝上。在焊縫正面和背面中心分別點(diǎn)焊熱電偶，復(fù)合板正面包裹60mm厚的陶瓷纖維保溫毯。（a）實(shí)驗(yàn)設(shè)備布置（b）測(cè)溫?zé)犭娕疾贾脠D圖4復(fù)合板焊后熱處理布置圖由于復(fù)合板是平放的平板，無(wú)法以圓周纏繞的方式繞制電纜。因此采用了以焊道為左右對(duì)稱中心，盤繞螺線型感應(yīng)加熱線圈的方式。一根電纜共同繞制了12圈。鎧裝熱電偶是在電纜盤繞結(jié)束后插入的，而且從電纜的匝間隙間穿過保溫毯，最后的電纜盤繞稍顯雜亂（圖4b所示）。測(cè)溫?zé)犭娕疾捎闷胀↘型熱電偶絲和不銹鋼鎧裝K型熱電偶。在復(fù)合板的正面和背面兩側(cè)焊道中心點(diǎn)焊了2支熱電偶絲。熱電偶在復(fù)合板正面的編號(hào)、分布及位置如圖5所示。在正面焊縫中心線上布置了1-6#測(cè)溫點(diǎn)，焊縫外側(cè)布置了7-11#測(cè)溫點(diǎn)。在復(fù)合板的背面焊縫中心處布置了12#測(cè)溫點(diǎn)。電纜接入感應(yīng)加熱電源，測(cè)溫線接入長(zhǎng)圖記錄儀。圖5測(cè)溫?zé)犭娕季幪?hào)及布置圖復(fù)合板正背面焊道中心溫度隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示，其中6#是復(fù)合板正面的溫度，12#是復(fù)合板背面的溫度。從圖中可以看出，在室溫至290℃的升溫階段，復(fù)合板正面的溫度一直比背面的溫度高，最大溫差為加熱第15分鐘時(shí)的13.7℃。這是因?yàn)楦袘?yīng)加熱的熱源產(chǎn)生于被加熱工件表面以下10mm的范圍內(nèi)，熱量從復(fù)合板正面?zhèn)鲗?dǎo)到背面需要一定的時(shí)間。在290℃到560℃的升溫階段也呈現(xiàn)出這一規(guī)律，這一階段復(fù)合板正面和背面焊道的最大溫差縮減到4.7℃。通常加熱速度越慢，壁厚越小，加熱側(cè)和背側(cè)的溫差越小。在290和560℃兩個(gè)保溫階段，復(fù)合板背面的溫度反而比正面溫度高，最大溫差為11.6℃，長(zhǎng)時(shí)間保溫后這個(gè)溫度進(jìn)一步降低到3℃。這是由于保溫階段復(fù)合板背面保溫效果較好，熱量由正面向背面?zhèn)鬟f存在熱慣性，而且正面陶瓷纖維毯有穿孔，保溫效果稍差，散熱能力比背面大造成的。在保溫階段，電源根據(jù)工件的溫度反饋形成溫度閉環(huán)控制，電源的啟停是間歇的，從而有助于工件在保溫階段各區(qū)域的溫度分布均勻。圖6復(fù)合板正背面的溫度曲線熱處理過程中復(fù)合板正面焊道中心不同深度點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化如圖7所示。從圖中可以看出，焊道中心不同深度的點(diǎn)在感應(yīng)加熱過程中的升溫趨勢(shì)一致。在加熱階段靠近復(fù)合板正面的溫度高；而在保溫階段，靠近背面的溫度高。圖7復(fù)合板正面焊道中心不同深度點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化曲線熱處理過程中復(fù)合板正面焊道中心點(diǎn)的溫度隨深度的變化曲線如圖8所示。從圖中可以看出，在不同時(shí)刻焊道中心從表面到70mm深度的不同點(diǎn)的溫度差異不大，總體呈現(xiàn)升溫階段從復(fù)合板表面向內(nèi)部溫度逐漸升高，在保溫階段復(fù)合板表面和內(nèi)部溫度基本一致或者從表面向內(nèi)部溫度漸降。在整個(gè)熱處理過程中，焊道表面點(diǎn)（6#）與深70mm點(diǎn)（1#）最大溫差為17.4℃。無(wú)論是升溫還是保溫階段，總的熱傳導(dǎo)趨勢(shì)是從工件表面向內(nèi)部傳導(dǎo)，也就是熱量從表面向背面?zhèn)鬟f。但在不同的階段，工件的厚度方向上熱的傳導(dǎo)方向是不斷變化的，取決于兩側(cè)的保溫或散熱條件，以及電源的輸出功率大小。圖8不同時(shí)刻正面焊道中心點(diǎn)的溫度隨深度的變化曲線圖9為焊道中心（1#）和焊道側(cè)面（7#）深70mm的點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化，這兩個(gè)點(diǎn)之間的距離為100mm。從圖中可以看出，熱處理過程中二者的升溫趨勢(shì)相同。在升溫階段的最大溫差為6.4℃，保溫階段的最大溫差為17.3℃（該數(shù)據(jù)存疑，從圖中可以看出7#在第615min的溫度升高很突然）。5#和11#的升溫區(qū)域與此類似，二者在整個(gè)熱處理過程中的最大溫差為第525min時(shí)的6.4℃，在此也不再詳述。由于加熱線圈的盤繞區(qū)域把這些點(diǎn)都覆蓋在內(nèi)，這些點(diǎn)都在均溫區(qū)內(nèi)，均溫區(qū)內(nèi)的溫度在復(fù)合板平面及深度方向的分布相對(duì)均勻。圖9焊道中心（1#）與焊道側(cè)面（7#）點(diǎn)的溫度曲線5.3馬鞍形厚板感應(yīng)加熱均溫性試驗(yàn)采用馬鞍形厚板進(jìn)行感應(yīng)加熱試驗(yàn)。馬鞍形厚板材質(zhì)為Q345R，直徑為2900mm，厚度為220mm，如圖10所示。馬鞍形厚板感應(yīng)加熱的熱處理工藝要求為：將馬鞍形厚板由室溫加熱至705±14℃，保溫4小時(shí)。升溫速度要求滿足300℃以下升溫速度≤100℃/小時(shí)，300℃以上升溫速度≤55℃/小時(shí)。圖10馬鞍形厚板熱電偶采用普通K型熱電偶絲和不銹鋼鎧裝K型熱電偶。為了研究感應(yīng)加熱過程中沿厚度方向溫度的分布規(guī)律，在馬鞍形試板中心位置鉆不能深度的孔，采用不銹鋼鎧裝K型熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，鉆孔位置如圖11所示。研究不同厚度方向溫度分布測(cè)溫?zé)犭娕嫉木幪?hào)為C1-C10，相對(duì)應(yīng)測(cè)溫點(diǎn)的深度如圖11（b）所示。其中，C1-C5、C6-C10的間距為40mm。感應(yīng)加熱電源的控溫?zé)犭娕挤謩e布置在C1與C6、C3與C8及C5與C10中間位置的外壁及對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁，相對(duì)應(yīng)熱電偶的編號(hào)分別為C11和C12、C13和C14及C15和C16。圖11感應(yīng)加熱測(cè)溫?zé)犭娕寂c控溫?zé)犭娕嫉牟贾梦恢茫╝）和不同深度的測(cè)溫點(diǎn)（b）馬鞍形厚板內(nèi)外壁分別進(jìn)行保溫，保溫層的形狀和尺寸根據(jù)工件實(shí)際尺寸確定。外壁保溫面積直徑2900mm，保溫厚度50mm。內(nèi)壁直徑2900mm保溫層厚為100mm。根據(jù)馬鞍形厚板感應(yīng)加熱均溫性試驗(yàn)的工藝要求，經(jīng)熱工計(jì)算采用160或240KW中頻感應(yīng)加熱電源1臺(tái)。采用2根85米120mm2的耐高溫合金電纜，并聯(lián)盤繞在工件外壁進(jìn)行感應(yīng)加熱，電纜盤繞如圖12所示。檢測(cè)接線及熱電偶，感應(yīng)電源開機(jī)，選用恒功率模式或工藝模式，將輸出功率或溫度曲線輸入到控制面板，接通電源開始對(duì)馬鞍形厚板進(jìn)行感應(yīng)加熱。圖12電纜盤繞現(xiàn)場(chǎng)圖感應(yīng)加熱電源功率隨時(shí)間的變化曲線如圖13所示。從圖中可以看出，整個(gè)感應(yīng)加熱過程中電源的功率在30~80KW變化，平均功率為50KW。在0.5h、7.5h及17.5h的瞬時(shí)輸出功率出現(xiàn)峰值，分別為72KW，110KW和130KW。試驗(yàn)中感應(yīng)加熱電源功率為160KW，能夠滿足感應(yīng)加熱要求。感應(yīng)加熱電源的輸出功率與熱處理工藝相匹配。升溫過程中，感應(yīng)電源的輸出功率增大；均溫過程中，感應(yīng)電源的輸出功率會(huì)降低。在感應(yīng)加熱26h之前，感應(yīng)加熱功率出現(xiàn)了規(guī)律性波動(dòng)。在保溫過程中，感應(yīng)電源的輸出功率為恒值，約為30KW。圖13感應(yīng)加熱電源功率隨時(shí)間的變化曲線以馬鞍形厚板控溫?zé)犭娕糃13和C14為例，圖14給出了C13和C14熱電偶溫度及最大溫差隨時(shí)間變化的曲線。其中C13是馬鞍形厚板正面的測(cè)溫?zé)犭娕?，位于感?yīng)電纜下方，C14是馬鞍形厚板背面的測(cè)溫?zé)犭娕肌膱D中可以看出，從室溫至705℃的升溫階段，馬鞍形厚板的正面溫度一直比背面的溫度高，最大溫差為加熱第7.5h時(shí)的17℃。這是因?yàn)楦袘?yīng)加熱的熱源產(chǎn)生于被加熱工件表面以下10mm的范圍內(nèi)，熱量從馬鞍形厚板正面?zhèn)鲗?dǎo)到背面需要一定的時(shí)間。在整個(gè)感應(yīng)加熱階段，最大溫差在6~17℃之間。在705℃的保溫階段，馬鞍形厚板的背面溫度與正面溫度最大溫差為11.3℃。電源根據(jù)工件的溫度反饋形成溫度閉環(huán)控制，電源的啟停是間歇的，從而有助于工件在保溫階段各區(qū)域的溫度分布均勻。圖14馬鞍形厚板控溫?zé)犭娕糃13和C14的隨時(shí)間變化的溫度曲線圖15為感應(yīng)加熱過程中馬鞍形厚板不同深度測(cè)溫點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化曲線。從圖中可以看出，不同深度的測(cè)溫點(diǎn)在感應(yīng)加熱過程中的升溫趨勢(shì)一致。在保溫階段，C7-200的溫度最高，C10-20的溫度最低。由于C7-200接近馬鞍形厚板布置感應(yīng)電纜的正面，溫度較高，熱量由正面向背面?zhèn)鬟f，C10-20溫度降低。兩者最大溫差為14.4℃，能夠滿足超厚板局部熱處理均溫性的要求。圖15馬鞍形厚板不同深度測(cè)溫點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化曲線圖16為感應(yīng)加熱過程中不同時(shí)刻馬鞍形厚板不同深度的測(cè)溫點(diǎn)隨時(shí)間變化的溫度曲線。從圖中可以看出，不同時(shí)刻從表面到218mm深度的不同測(cè)溫點(diǎn)的溫度差異不大。在整個(gè)感應(yīng)加熱過程中，馬鞍形厚板的背面溫度稍高于正面溫度，總體呈現(xiàn)從馬鞍形厚板的表面向內(nèi)部溫度逐漸升高。熱傳導(dǎo)趨勢(shì)是從工件表面向內(nèi)部傳導(dǎo)，也就是熱量從表面向背面?zhèn)鬟f。但在不同的階段，工件的厚度方向上熱量傳導(dǎo)方向是不斷變化的，取決于兩側(cè)的保溫或散熱條件以及電源的輸出功率大小。距馬鞍形厚板正面距離為8mm即深度為210mm的測(cè)溫點(diǎn)，在不同時(shí)刻工件的表層溫度最高，為感應(yīng)加熱的發(fā)熱層。越接近表面，由于保溫及散熱的影響，溫度稍有所降低。由于熱量由正面向背面?zhèn)鬟f過程中存在熱慣性，使得背面的溫度較正面溫度有所偏高。整體而言，感應(yīng)加熱區(qū)域的溫度均勻性較好。圖16不同時(shí)刻馬鞍形厚板不同深度的測(cè)溫點(diǎn)隨時(shí)間變化的溫度曲線超厚板感應(yīng)加熱均溫性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從單側(cè)進(jìn)行感應(yīng)加熱，在整個(gè)工件厚度截面加熱過程中溫差控制18℃以內(nèi)，尤其是淺表面感應(yīng)渦電流集中區(qū)域無(wú)明顯溫度突變區(qū)域。5.3加氫反應(yīng)器筒體合攏縫感應(yīng)加熱局部熱處理可行性驗(yàn)證筒體合攏縫感應(yīng)加熱局部熱處理所采用的工件為某項(xiàng)目加氫反應(yīng)器上封頭所連接的筒體，筒體的材質(zhì)為12Cr2Mo1VⅣ，壁厚為268mm，內(nèi)徑為φ4500mm。感應(yīng)加熱的焊縫在筒體1B環(huán)縫上進(jìn)行，該段筒體焊縫位置及尺寸如圖17所示。圖17感應(yīng)加熱筒體焊縫位置及尺寸加氫反應(yīng)器筒體合攏縫局部熱處理的保溫溫度為705℃±14℃，保溫時(shí)間為5小時(shí)。300℃以下不要求控制升降溫速率，300℃以上升降溫速率≦55℃/小時(shí)。焊后熱處理工藝曲線圖如圖18所示。圖18加氫反應(yīng)器筒體合攏縫最終焊后熱處理工藝曲線圖為了研究筒體軸向不同距離的感應(yīng)加熱過程中溫度分布規(guī)律，以筒體焊縫1B中點(diǎn)位置為起點(diǎn)，在筒體不同方位（12點(diǎn)鐘、3點(diǎn)鐘及6點(diǎn)鐘）的內(nèi)外壁點(diǎn)焊熱電偶。采用K型測(cè)溫?zé)犭娕?，?0個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，內(nèi)壁外壁分別20個(gè)，熱電偶的布置示意圖如圖19所示。內(nèi)外壁熱電偶布置位置相對(duì)應(yīng)。外壁熱電偶編號(hào)（C01、C02、C03），內(nèi)壁熱電偶編號(hào)（C01’、C02’、C03’）。其中C01、C02、C10、C11、C12、C13（內(nèi)外壁共12個(gè)測(cè)溫點(diǎn)），需達(dá)到熱處理溫度和溫差要求。圖19筒體感應(yīng)加熱測(cè)控溫?zé)犭娕疾贾猛搀w外壁以焊縫為中心，左右兩側(cè)對(duì)稱布置保溫棉，其寬度約2500mm，保溫厚度50mm，保溫總寬度約5000mm。保溫層纏繞時(shí)采用逐層搭接的方式，搭接寬度約100-200mm，搭接厚度不超過50mm。筒體內(nèi)壁敷設(shè)100mm厚保溫棉，保溫寬度約5000mm。內(nèi)壁保溫棉通過內(nèi)壁焊接固定框架固定。根據(jù)筒體合攏縫感應(yīng)加熱局部熱處理的工藝要求，經(jīng)熱工計(jì)算，采用4臺(tái)200kW感應(yīng)加熱電源，熱處理時(shí)每臺(tái)電源配置4根120mm2耐高溫合金電纜纏繞于筒體進(jìn)行加熱。每根電纜長(zhǎng)60米，每臺(tái)電源采用4根耐高溫感應(yīng)電纜并排纏繞3圈。電纜纏繞以焊縫為中心，共纏繞48匝。電纜覆蓋在工件外壁面的總寬度約為2200mm，如圖20所示。圖20筒體感應(yīng)加熱保溫及電纜布置圖21為感應(yīng)加熱電源功率隨時(shí)間的變化曲線。筒體合攏縫感應(yīng)加熱采用4臺(tái)200KW的感應(yīng)電源。從圖中可以看出，整個(gè)熱處理過程中電源的輸出頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律基本一致。1號(hào)電源和4號(hào)電源、2號(hào)電源和3號(hào)電源由于采用同步同頻技術(shù)，電源輸出頻率變化規(guī)律一致。在升溫階段，4臺(tái)感應(yīng)電源的總輸出功率較大，輸出功率最大可以達(dá)到466KW，平均功率為260KW?？梢?，采用4臺(tái)200KW的感應(yīng)電源能夠?qū)崿F(xiàn)此筒體的感應(yīng)加熱。接近保溫階段時(shí)，感應(yīng)電源的輸出功率快速下降，導(dǎo)致總功率下降，從而避免超溫。在保溫階段，功率先降低然后保持恒定，電源輸出總功率為150KW。在降溫階段，感應(yīng)電源的輸出功率急劇下降，恒定為0KW。圖21感應(yīng)加熱電源功率隨時(shí)間的變化曲線圖22為筒體合攏縫12點(diǎn)鐘方位焊縫中心及距焊縫中心65mm處內(nèi)外壁溫度及最大溫差隨時(shí)間變化的溫度曲線。從圖22（a）中可以看出，在感應(yīng)加熱及保溫階段，筒體的外表面溫度一直高于內(nèi)表面溫度。由于筒體壁厚達(dá)268mm，感應(yīng)加熱的熱源產(chǎn)生于被加熱工件表面以下10mm的范圍內(nèi)，熱量從筒體板外表面向內(nèi)表面?zhèn)鲗?dǎo)，同時(shí)也是向軸向方向進(jìn)行散熱。在降溫階段，筒體的外表面溫度一直低于內(nèi)表面溫度。這是因?yàn)橥獗谝獪p少感應(yīng)電纜與工件的距離，保溫棉僅為50mm，內(nèi)壁保溫棉較厚，為100mm。內(nèi)壁散熱相比外壁小。從圖22（b）中可以看出，12點(diǎn)鐘方位的焊縫中心及距焊縫中心65mm處內(nèi)外壁最大溫差，在整個(gè)感應(yīng)加熱過程中變化規(guī)律類似，最大溫差為加熱7.5h時(shí)，溫差為32.5℃。在加熱階段，焊縫中心的最大溫差整體上小于距焊縫中心65mm處的溫差。在保溫階段，焊縫位置的最大溫差在8℃以內(nèi)，距焊縫中心65mm處的最大溫差在12℃以內(nèi)。在降溫階段，焊縫中心的最大溫差整體上大于距焊縫中心65mm處的溫差，最大相差8℃。整個(gè)感應(yīng)加熱過程中的最大溫差遠(yuǎn)小于加氫反應(yīng)器局部熱處理過程中的設(shè)計(jì)要求的最大80℃的溫差。圖22筒體合攏縫12點(diǎn)鐘方位焊縫中心及距焊縫中心65mm處內(nèi)外壁溫度（a）和最大溫差（b）隨時(shí)間變化的溫度曲線圖23為筒體合攏縫6點(diǎn)鐘方位焊縫中心及距焊縫中心65mm處內(nèi)外壁溫度和最大溫差的隨時(shí)間變化的溫度曲線。從圖15中可以看出，在感應(yīng)加熱過程中，6點(diǎn)鐘位置的溫度、最大溫差曲線與12點(diǎn)鐘的規(guī)律類似。在7.9h至24.5h之間，由于6點(diǎn)鐘方位焊縫中心內(nèi)表面熱電偶（C1，-6）溫度記錄異常，分布規(guī)律與距焊縫中心65m