[拼装式电阻炉在大型焊接件退火中的应用]光亮退火电阻炉
时间：2019-04-03 03:11:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:对于不适宜在箱式热处理炉中进行去应力退火的一些大型焊接件，为了减少甚至消除焊接应力，避免在使用过程中出现裂纹，可以使用简易拼装式电阻炉进行去应力退火。 关键词：大型焊接件、去应力退火、拼装式电阻炉
Abstract: as to not appropriate for box heat treatment furnace in the stress relieving some of the large welding parts, in order to reduce or even eliminate the welding stress, avoid cracks in the use process, can use simple split type resistance furnace to stress annealing.
Keywords: large welding, stress relieving, split type resistance furnace
中图分类号：TG441.4文献标识码：A 文章编号：
1 前言
在钢结构的实践中，我们经常碰到一些关键部件为大型焊接件，由于它们在工作状态下环境恶劣、反复承受较大的冲击载荷，所以要求在焊接之后，必须减少甚至消除焊接应力，避免在使用过程中出现裂纹，而焊后热处理方法是减少和消除焊接应力的最有效途径，钢结构制作中最常用的焊后热处理方法就是去应力退火。但是，普通的热处理炉如箱式电阻炉无法容纳大尺寸焊接构件，简易拼装式电阻炉成为首选。下面，我们以某工程的盾构中心部分作为实例，剖析拼装式电阻炉在大型焊接件退火中的应用。
某盾构中心部分的总体尺寸：8345mm*8390mm*1690mm，数量：1件，重量：71.1吨，材料：Q345B。要求焊接完毕后进行去应力退火，退火工艺为保温温度580°±20°，保温时间t=最大钢板厚度tmax(mm)*2min/mm，加热速度为250°C以上为50°C/小时，冷却速度为50°C/小时，冷却至250°C出炉空冷。
2 去应力退火作用和技术要求
2.1 去应力退火作用
消除焊缝中氢气，提高焊接接头的抗裂性和韧性。可稳定焊缝及热影响区的碳化物，提高接头的高温持久强度。稳定焊接构件的形状，消除焊件在使用过程中的畸变。
2.2 技术要求
热处理工艺曲线如下：
3 热处理质量的评定验收
本次热处理工程质量评定验收包括：
3.1 热处理工艺曲线
制订热处理工艺曲线，采用连续式记录仪自动记录（250℃以下不记录）， 并按相应的技术要求评定验收。
3.2 热处理后工件的变形
每一工件在热处理前须检查尺寸公差， 检查结果应符合图纸要求并做好记录。经去应力退火后再出炉检查，做好记录， 热处理后的变形量应以满足技术要求为原则。
4 热处理方法
由于本次热处理使用大型设备，因此在解决设备的技术问题上既要考虑到技术的可靠性、安全性，又要考虑到经济实用性，经充分考虑，拟在制作现场建造一座简易拼装式电阻炉，以满足现场退火热处理技术要求。
加热炉的设计应满足下列条件：
炉内的有效空间能容纳最大体积的工件。加热炉的设计功率能满足工件按去应力退火工艺规范升温所需的热量。保证炉内温度均匀，并能满足工艺技术要求。应保证工件吊装方便。应保证工件去应力退火可靠、安全、经济。
加热炉炉壳采用钢制组合结构。炉盖和炉壁保温绝热采用轻质耐火纤维，加热元件选用NJ型框架式加热器，分布于炉壁周围利用热辐射和热空气对流原理使工件达到均匀加热之目的，测温元件为K型铠装式热电偶，热电偶的补偿选用铜---康铜导线，控温设备选用DWK型360KW电脑温控仪。
5 加热炉热功计算
5.1 热工计算参数
热工计算参数见表1。
表1 加热炉热工计算参数
5.2计算
以下是升温到580℃时，升温平均速度按50℃/h 时的计算结果。
表2 计算结果
(1)从室温升至580℃所需10.6小时，每小时平均需热量
Q1=5858640Kcal/10.6小时=552702Kcal/h
(2)炉衬（保温绝热材料）的热损失
Q2=（T1- T0）*F/（S1/λ1+ S2/λ2+0.06）
式中：
T1—退火温度580℃
T0—环境温度30℃
S1—超细玻璃棉厚度0.100m
S2 —硅酸铝纤维厚度0.05m
λ1—超细玻璃导热系数0.028千卡/米.时.度
λ2—硅酸铝纤维毡导热系数0.046千卡/米.时.度
F—绝热保温材料表面积262.8m2
0.06—综合传热系数
经计算： Q2=30633.4Kcal/h
(3)炉衬(保温材料)蓄热量Q3
Q3=V1,2•γ1,2•C•(T1—T0）
式中：
V1—超细玻璃棉体积26.3M3
V2—硅酸铝纤维体积13.2M3
γ1—超细玻璃棉容量80公斤/M3
γ2—硅酸铝纤维容重128公斤/M3
C—超细玻璃棉和硅酸铝纤维的平均比热0.23Kcal/Kg•℃
T1—加热温度580℃
T0—环境温度30℃
Q超细玻璃棉=26.3×80×0.23(580-30℃）=266156Kcal/h
Q硅酸铝纤维=13.2×128×0.23(580-30℃)=213734Kcal/h
经计算：Q3=266156 Kcal/h +213734 Kcal/h =479890Kcal/h
(4)加热器和工撑支架升温至退火温度580℃所需热量
Q加=G•C(T1—T0）
式中： G—加热器和工撑支架重量3500公斤
C—钢的平均比热0.145Kcal/Kg•℃
T1—加热温度580℃
T0—环境温度30℃
经计算：Q加=3500×0.145×(580-30℃)=279125Kcal
每小时所需热量
Q4=279125÷10.6=26333Kcal/h
加热炉升温至加热温度每小时所需总热量
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4=552702+30633.4+479890+26333=1089558.4Kcal/h
换算耗电功
P=Q总*4.1868/3600=1267KW
为确保加热炉运行加安全系数0.2~0.3，得到总功率1647KW。
6 去应力退火工艺设计
本次去应力退火工艺设计由供电系统、加热系统、 测温系统等部分组成。
6.1 供电系统
由于去应力退火的不可逆性，为满足设备去应力退火的用电，须确保1700kw以上的正常、安全的供电。
6.2 加热系统
6.2.1 加热炉加热器的布置
本工程去应力退火根据热功计算，所需加热功率1700KW，采用NJ型框架式加热器具170片，每片加热功率为10KW，外形尺寸1000×400×90mm，设计总功率为1700KW。呈梯形分布置于炉壁周围，共170片，分上下二层分布为42片、84片，底部布置44片。利用热辐射和热对流的加热工艺，使工件达到均匀加热退火之目的。
6.2.2 加热器的连接
加热器的内导线采用Ф6.5～10的圆钢，套上氧化铝高温瓷管引出炉外与外导线连接， 再接到电脑温控仪。所用零线焊为一体，作为公共零线引出， 各自形成独立电网，所有加热器均采用星形接法，同步通电加热。
6.2.3 保温层的铺设
保温材料应符合QJ/GN30-89标准，加热时外层温度应不高于60℃，选用保温性能好、导热系数低， 容重轻的岩棉和LT型硅酸铝纤维针刺毡和超细玻璃绵，为了减少热损失，热处理炉的炉壁保温层厚150mm以上。 炉内保温层之间应注意接缝错开搭接严密，并用铁丝轧紧、轧好，防止热量散失， 以防止局部温差过大而形成热应力。
6.3 测温和控温系统
本次去应力退火工程采用铠装热电偶测温，热电偶的补偿采用铜－康铜补偿导线并通过DWK型电脑温控仪控温， 每台电脑温控仪输出功率为360KW，温度控制范围0━1000℃，测量精度±１℃，将设定的工艺参数输入电脑进行温度自动控制。
加热炉内共布置24个控温点，其上下二个部分各沿周长布置12个控温点，各点温度控制均由电脑扫描监视，每1秒钟扫描一次，每12秒钟修正一次功率系数。控温过程均由屏幕显示，并由连续式记录仪自动记录工艺曲线。
7 炉内整体去应力退火的防变形措施
工件在炉内加热时会热胀冷缩，为减少工件的摩擦阻力，防止工件产生拘束应力和残余变形，应在工件下的支座底座下放置滚杠若干个，以减小工件自重对地面的摩擦阻力。
必须严格执行加热工艺规范， 确保工件在去应力退火时各部位温差达到工艺技术要求，防止温差过大造成温差应力。
8 热处理结果
自动记录仪记录显示，热处理炉各部分从250℃加热到580℃所需时间为5小时10分至5小时45分，保温温度为580℃±20℃，从580℃到250℃的冷却时间均在5.5小时以上。
9 结论
对于不适宜在箱式热处理炉中进行去应力退火的一些大型焊接件，使用特制的简易拼装式电阻炉和合适的热处理工艺，可以满足去应力退火对加热速度、炉温均匀性和冷却速度的要求，达到较理想的热处理效果。
参考文献
[1]金属热处理，主编：刘俞铭，北京市北方工业出版社出版，出版日期：2005,第24-34，853页。
[2]机械设计手册，主编：成大先，北京市化学工业出版社出版，出版日期：1969,第1-393页。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
