在热处理温差大的两工件之间焊拉筋板的方法与流程

本发明属于焊接技术领域，涉及产品组对时采用拉筋板固定的产品，可用于锅炉以及压力容器等产品的组对。

背景技术：

随着电站辅机参数的提高，筒节材质在不断提高，目前的0号高加和二次再热蒸汽冷却器等产品中，过热段筒节用到了9Cr1MoV、2.25Cr1MoV等高等级材质，为了解决过热段筒节与管板对接后无法热处理的难题，目前主要采用的手段是分别在过热段筒节和管板侧堆焊奥氏体材质，分别热处理后再进行对接，对接之后不再热处理。

管板与筒节对接时，目前主要采用机动埋弧焊方法，该方法是将过热段筒节和管板分别放置在滚轮架4的两个滚轮上，由滚轮驱动工件转动完成焊接，由于两工件分别位于两个滚轮上，打底焊接时，很难保证两工件完全同步转动，在这种情况下由于打底焊缝很薄，会被拉裂。因此，为了保证打底焊接时两工件能同步转动，目前普遍会采用装焊拉筋板的方式先将两个工件（工件A 1、工件B 2）连接为一体（如图1所示），之后工件再在滚轮架4上同步转动完成手工焊打底焊接，打底至一定厚度（一般为10-20mm）具有足够连接强度后，再拆除拉筋板采用机动埋弧焊焊接完成整个焊缝。

但是目前，采用焊接拉筋板连接两工件的方式常会引起以下问题：（1）由于管板和筒节具有较大的冷裂纹敏感性，因此焊接拉筋板时必须要先预热，否则很容易出现裂纹，由于拉筋板是间隔一定距离焊接一块，预热一般都是对焊接区域局部预热，但由于工件太大，预热时散热快，局部预热往往不能保证预热温度到位，这样将很容易出现裂纹，若整体预热则周期长、成本高；（2）由于筒节和管板在组装对接焊缝前已经完成了热处理，后续不再进行热处理，而拉筋板若直接与筒节和管板焊接，按标准规定需要进行热处理，且拉筋板去除后工件表面一般都会局部出现凹坑，需要对筒节和管板表面的凹坑进行补焊，补焊焊缝同样也需要热处理，这样大大增加了成本和生产周期；（3）由于过热段筒节的热处理温度较高，而管板的热处理温度较低，两者没有重合的热处理温度区域，而且拉筋板焊接位置距离焊缝很近，这样导致在过热段筒节上的拉筋板焊接位置进行上述热处理时，会影响到管板材料的性能。

技术实现要素：

针对目前的拉筋板焊接方式存在的问题，即1）拉筋板焊缝容易出现裂纹，而整体预热又导致拉筋板焊前预热周期长、成本高；2）拉筋板焊缝（包括拆除拉筋板后工件的补焊焊缝）热处理成本高、周期长；3）且热处理温度较高的工件的热处理会对热处理温度较低的工件的性能造成不利影响。本发明的目的在于，提供一种在通过焊接进行对接的工件之间预焊拉筋板的新方法，以克服上述目前拉筋板焊接方式所存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在热处理温差大的两工件之间焊拉筋板的方法，该方法为焊接对接工件A和工件B的前置工序，其中工件A的焊后热处理温度大于工件B的焊后热处理温度且两者没有重合区间的热处理温度，包括以下步骤：

S1：对工件A和工件B的待对接处进行堆焊前的预热，预热后在工件A和工件B的对接处堆焊镍基或奥氏体材质的堆焊层，在堆焊堆焊层的过程中，利用堆焊层的预热温度，在工件A和工件B上待焊接拉筋板的位置预先焊接垫板；

S2：上述堆焊以及垫板焊接完成后，对工件A和工件B上的所述堆焊层进行焊后热处理，在该热处理的过程中，垫板与工件的角焊缝也一并得到热处理；

S3：将工件A和工件B置于待对接位置后，将拉筋板一端焊接在工件A的垫板上，另一端焊接在工件B的垫板上，焊接时需保证焊接环境温度大于等于0℃；

S4：在工件A和工件B之间装焊完所有的拉筋板后，在工件A和工件B之间的坡口内进行打底焊；

S5：打底焊完成后，拆除所述的拉筋板，并清除垫板上残留的焊缝；

S6：对拆除拉筋板时在垫板上形成的凹坑进行补焊或打磨，其中，补焊后无需热处理；

所述垫板的材质和厚度能保证垫板与拉筋板焊接后无需进行热处理，即垫板的材质和厚度符合免除焊后热处理标准的规定，可见GB 150-2011《压力容器》第四部分第331页8.2.2.1表5需进行焊后热处理的焊接接头厚度，本发明所述垫板的材料和厚度不在该表要求的热处理范围内即可。

本方法通过在工件上焊接垫板，再在垫板上装焊拉筋板（而不直接焊接在工件上）预先将工件A和工件B连为一体，再在工件A和工件B之间进行打底焊，打底焊完成后再拆除所述的拉筋板，具有如下有益效果：由于拉筋板是焊接在垫板上的，拉筋板与垫板的焊接环境温度仅需保证在0℃以上即可，焊后也无需热处理且拆除拉筋板后垫板上的补焊焊缝也无需热处理，解决了目前拉筋板焊缝（包括拆除拉筋板后工件的补焊焊缝）热处理成本高、周期长的问题，即解决了上述所述的问题2），取得了大大缩短了生产周期并显著降低了制造成本的有益效果。另外，由于拉筋板与垫板焊后无需热处理（包括拆除拉筋板后工件的补焊焊缝），从而避免了热处理时，热处理温度较高一侧的工件（工件A）对热处理温度较低一侧的工件（工件B）的性能造成的不利影响，即解决了上述所述的问题3）。再者，由于垫板的焊接是在工件端部堆焊堆焊层期间进行的，利用堆焊层的预热温度完成了垫板与工件的焊接,因此，垫板与工件焊接前无需单独预热，充分利用堆焊的预热温度，不仅保证了垫板焊前的预热，还有效的防止了垫板与工件之间焊接冷裂纹的产生，而且节约了单独预热垫板的成本和周期，即解决了上述所述的问题1）；同理，垫板与工件的焊后热处理在堆焊层热处理时一并得到处理，较垫板单独热处理而言，既降低了热能成本，又缩短了生产周期。

本发明还提供了另一种在热处理温差大的两工件之间焊拉筋板的方法，该方法为焊接对接工件A和工件B的前置工序，其中工件A的焊后热处理温度大于工件B的焊后热处理温度且两者没有重合的热处理温度区间，包括以下步骤：

S1：对工件A和工件B的待对接处进行堆焊前的预热，预热后在工件A和工件B的对接处堆焊镍基或奥氏体材质的堆焊层，在堆焊堆焊层的过程中，利用堆焊层的预热温度，在工件A上待焊接拉筋板的位置预先焊接垫板；

S2：上述堆焊以及垫板焊接完成后，对工件A和工件B上的所述堆焊层进行焊后热处理，其中在对工件A热处理的过程中，垫板与工件A的角焊缝也一并得到热处理；

S3：将工件A和工件B置于待对接位置后，将拉筋板一端焊接在工件A的垫板上，焊接时需保证焊接环境温度大于等于0℃；

S4：将拉筋板的另一端直接焊接在工件B上，焊接前需对工件B的待焊位置进行预热，焊接后需要对焊缝进行热处理；

S5：在工件A和工件B之间装焊完所有的拉筋板后，在工件A和工件B之间的坡口内进行打底焊；

S6：打底焊完成后，拆除所述的拉筋板，并清除垫板上和工件B上残留的焊缝；

S7：对拆除拉筋板时，在垫板上形成的凹坑进行补焊或打磨，在工件B上的形成的凹坑进行打磨至圆滑过渡或补焊，若对工件B上的凹坑进行补焊，则补焊后对该补焊焊缝进行热处理；

所述垫板的材质和厚度能保证垫板与拉筋板焊接后无需进行热处理，即垫板的材质和厚度符合免除焊后热处理标准的规定, 同样可见GB 150-2011《压力容器》第四部分第331页8.2.2.1表5需进行焊后热处理的焊接接头厚度，本发明所述垫板的材料和厚度不在该表要求热处理的范围内即可。

上述技术方案的有益效果是：在工件A上，由于拉筋板是焊接在垫板上的，拉筋板与垫板的焊接环境温度仅需保证在0℃以上即可，焊后也无需热处理且拆除拉筋板后垫板上的补焊焊缝也无需热处理，即在工件A上解决了目前拉筋板焊缝（包括拆除拉筋板后工件的补焊焊缝）热处理成本高、周期长的问题，也就是上述所述的问题2），取得了缩短了生产周期并显著降低了制造成本的有益效果。

另外，虽然在工件B上焊接拉筋板时仍需焊前预热、焊后热处理，但是由于工件B的焊后热处理温度小于工件A的焊后热处理温度，因此，在工件B上进行热处理时，并不会对工件A的性能造成不利影响，即解决上述所述的问题3）。同上一技术方案一样，由于垫板与工件的焊接是在工件端部堆焊堆焊层期间进行的，热处理又在堆焊层热处理时一并得到处理，因此防止了垫板与工件之间焊接冷裂纹的产生、降低了热能成本、缩短了生产周期，即解决了上述所述的问题1）。

综合上述第一种和第二种方法，也就是说为了避免现有技术中拉筋板焊缝热处理时，对工件B（热处理温度较低的工件）的性能造成不利影响，在工件A（热处理温度较高的工件）上必须焊接垫板，在工件B上可选择焊接或不焊接垫板均可。

在上述两种方法中，所述的垫板为低碳钢材质，厚度为6-30mm。该材质的垫板与拉筋板焊接前无需预热，焊接后的焊缝（包括拆除拉筋板后工件的补焊焊缝）也不用热处理。

进一步的，所述垫板的厚度为6-15mm。

在上述两种方法中，完成步骤S1后，需对垫板的焊缝及热影响区进行探伤。

在上述两种方法中，步骤S1中，焊接的垫板距离相应工件对接坡口边缘的最近距离不小于20mm。

进一步的，焊接的垫板距离相应工件对接坡口边缘的最近距离为30-150mm。

在上述两种方法中，步骤S1中，焊接的垫板距离所述堆焊层边缘的最近距离不小于10mm。

进一步的，焊接的垫板距离所述堆焊层边缘的最近距离为20-150mm。

在上述两种方法中，所述的拉筋板为低碳钢材质。

在上述两种方法中，所述垫板宽度和长度能保证焊接拉筋板时角焊缝有足够的预留空间，以避免焊缝焊至工件上。

进一步的，垫板的宽度和长度不小于50mm。

进一步的，垫板的宽度和长度范围为：50-200mm。

在上述两种方法中，各垫板在工件上的布置间距根据后续拉筋板的位置确定。

需说明的是，上述垫板焊接在工件上后，不用再拆卸，即形成永久垫板。

综上所述，在本发明的两个方法中，在工件上预先焊接永久垫板，该永久垫板在工件端部堆焊期间焊好，之后与堆焊层一起进行热处理，垫板的预热与热处理在堆焊层期间进行，既能节约热能和周期，又能保证预热质量避免冷裂纹的产生。接下来再进行两工件的组对，组对的焊接前将拉筋板装焊在两工件之间，然后进行打底焊，之后再拆除拉筋板并打磨永久垫板表面至圆滑过渡或对垫板上的凹坑进行补焊，补焊后对永久垫板不再进行焊后热处理，由于垫板与拉筋板焊前不预热，焊后不热处理，因此既节约了热能和周期，又避免了高热处理温度工件对低热处理温度工件的性能的影响。

附图说明

图1是目前采用的预焊拉筋板连接两个工件的示意图；

图2是实施例1中拉筋板焊接的示意图；

图3是实施例2中拉筋板焊接的示意图；

图中标记为：1-工件A，2-工件B，3-拉筋板，4-滚轮架，5-过热段筒节，6-管板，7-镍基堆焊层，8-垫板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。

以某高压加热器为例，该高压加热器中，高加过热段筒节5的材质为12Cr2Mo1VR，壁厚为88mm；管板6的材质为20MnMoNbⅣ锻件，对接位置的厚度为88mm，产品需要将过热段筒节5与管板6对接起来。因12Cr2Mo1VR和20MnMoNbⅣ锻件的热处理温度相差较大，若直接对接后无法直接进行热处理，于是在过热段筒节5和管板6的端部都需要先堆焊镍基堆焊层7，分别热处理后再将两者对接起来，对接后不用再进行热处理。

对接过程中需要预先装焊拉筋板3（材质为低碳钢），再在两者之间进行打底焊，该拉筋板3的焊接即采用了本专利的方法，所采用的垫板8的材质为低碳钢，厚度为20mm。

实施例1：

该方法包括以下步骤；

S1：在过热段筒节5和管板6上需要焊接拉筋板3的位置划线，做好标记；

S2：在过热段筒节5端部的坡口面堆焊镍基堆焊层7，第一层堆焊前需要对过热段筒节5的待堆焊区及周围进行预热，堆焊完第一层后，过热段筒节5端部的温度较高，完全达到垫板8焊接需要的预热温度，此时在步骤S1中标记处进行垫板8的焊接，焊接后在过热段筒节5上形成永久垫板8，之后在过热段筒节5上堆焊完成整个镍基堆焊层7；

S3：对该垫板8的角焊缝进行100%MT探伤；

S4：探伤合格后，对过热段筒节5的镍基堆焊层7进行焊后热处理，同时一并对其上的垫板8的角焊缝也进行热处理；

S5：对管板6端部的待堆焊区及周围进行预热，预热后在坡口端面堆焊镍基堆焊层7，完成后对镍基堆焊层7进行焊后热处理；

S6：将过热段筒节5和管板6置于待对接位置，将拉筋板3的一端焊接在过热段筒节5的垫板8上，另一端直接焊接在管板6上（如图2所示）；在垫板8上焊接拉筋板时仅需保证环境温度大于等于0℃即可，焊前无需预热，焊后也无需热处理；在管板6上焊接拉筋板3时需要提前对管板6的待焊处进行预热，焊后还需对焊缝进行热处理；

S7：拉筋板3焊接好后，在过热段筒节5和管板6之间进行打底焊，打底焊厚度为10-20mm；

S8：拆除拉筋板3，并清除过热段筒节5的垫板8上的残留的焊缝，以及管板6上残留的焊缝；

S9：由于步骤S8中拆除拉筋板3时会在垫板8和管板6表面留下凹坑，此步骤对垫板8表面凹坑进行补焊或打磨至圆滑过渡，补焊或打磨后无需进行热处理；对管板6表面的凹坑进行补焊，补焊后需对补焊焊缝进行热处理。

上述方法中，需保证垫板8距离过热段筒节5坡口边缘的距离不小于20mm，垫板8距离所述镍基堆焊层7边缘的距离不小于10mm。

实施例2：

该方法包括以下步骤；

S1：在过热段筒节5和管板6上需要焊接拉筋板3的位置划线，做好标记；

S2：在过热段筒节5端部的坡口面堆焊镍基堆焊层7，第一层堆焊前需要对过热段筒节5的待堆焊区及周围进行预热，堆焊完第一层后，过热段筒节5端部的温度较高，完全达到垫板8焊接需要的预热温度，此时在步骤S1中标记处进行垫板8的焊接，焊接后在过热段筒节5上形成永久垫板8，之后在过热段筒节5上堆焊完成整个镍基堆焊层7；

S3：对该永久垫板8的角焊缝进行100%MT探伤；

S4：探伤合格后，对过热段筒节5的镍基堆焊层7进行焊后热处理，同时一并对其上的永久垫板8的角焊缝也进行热处理；

S5：对管板6端部的待堆焊区及周围进行预热，预热后在坡口端面堆焊镍基堆焊层7，垫板8利用该预热温度到位后焊接在管板6的所述标记处，焊接后在管板6上形成永久垫板8，之后在管板6上堆焊完成整个镍基堆焊层7；

S6：对该垫板8的角焊缝进行100%MT探伤；

S7：探伤合格后，对管板6的镍基堆焊层7进行焊后热处理，同时一并对其上的垫板8的角焊缝也进行热处理；

S5：将过热段筒节5和管板6置于待对接位置，将拉筋板3的一端焊接在过热段筒节5的垫板8上，另一端焊接在管板6的垫板8上（如图3所示），焊接时需保证环境温度大于等于0℃即可，焊前无需预热，焊后也无需进行热处理；

S6：拉筋板3焊接好后，在过热段筒节5和管板6之间进行打底焊，打底焊厚度为10-20mm；

S7：拆除拉筋板3，并清除过热段筒节5和管板6的垫板8上残留的焊缝；

S8：由于步骤S7中拆除拉筋板3时会在垫板8表面留下凹坑，此步骤对垫板8表面凹坑进行补焊或打磨至圆滑过渡，补焊或打磨后无需进行热处理。

上述方法中，需保证垫板8距离过热段筒节5或管板6坡口边缘的距离不小于20mm，垫板8距离所述镍基堆焊层7边缘的距离不小于10mm。

实施例1与实施例2中，由于在工件上增加了用于焊接拉筋板的永久垫板，由于永久垫板的材质为低碳钢，拉筋板的材质也为低碳钢，因此拉筋板与永久垫板焊接时无需预热，拉筋板焊缝（包括拆除拉筋板后工件的补焊焊缝）也无需热处理，解决了由于过热段筒节热处理温度较管板大很多，导致装焊拉筋板后，在过热段筒节上对拉筋板焊缝热处理时会对管板性能造成影响的问题，并且拉筋板焊前无需预热、焊后无需热处理还大大缩短了生产周期、显著降低了制造成本。另外，由于垫板的焊接是在工件端部堆焊镍基层期间进行的，焊后热处理也是与堆焊层热处理一并进行的，充分利用了堆焊镍基层的预热温度，不仅保证了垫板焊前的预热温度，有效的防止了冷裂纹的产生，而且大大节约了热能成本和生产周期。