管道中频感应加热热处理的优点及应用

刘毅

中国能源建设集团江苏省电力建设第三工程有限公司江苏镇江212006

摘要：我国目前广泛采用中频感应加热炉对钢材和有色金属材料进行加热和热处理，感应加热热处理炉在钢管尤其是石油钢管的调质热处理中得到了应用并不断发展。近几年，中频感应热处理在电力建设施工现场中厚壁管道焊后热处理中也开始逐渐推广。本文介绍了现场钢管的中频感应热处理的原理、工艺流程、设备、实施方案以及优势。该热处理方式加热速度快，效率高；加热温度易于控制，设备损耗少；经该热处理得到的管道接头具有良好的力学性能和使用寿命。

关键词：电力建设；焊后热处理；中频感应

中频感应加热炉在钢管尤其是石油钢管的调质热处理方面应用比较广泛。近年来，为了提高施工质量，降低成本，减少投资，改善劳动条件，中频感应热处理在电力建设施工现场大径厚壁管道接头焊后热处理中也开始逐渐推广。如在锅炉和汽机房过热、再热蒸汽管道和四大管道中P91/92材质焊接接头的焊后热处理中广泛使用。

一、中频感应加热的原理

感应加热的基本原理：中频感应加热的原理与一般电气设备中产生的涡流及涡流引起的发热的原理基本相同，比如家中常见的电磁炉等电气设备基本采用涡流传导给物品加热，感应线圈与被加热物件不直接接触，能量通过电磁感应传递。常规的远红外加热器是通过加热片对管道进行辐射热传导的，传递速度慢且热量损失严重。而中频感应加热是利用感应线圈把交流电能传递给要加热的金属管道工件，然后电能在金属管道内部转变为热能，管件本身就是发热源。

有实验证明：电源频率越低，透热深度越深，内外壁温差越小，温度场越均匀。感应线圈与中频电源之间的连接母线应注意散热，以防止过高的温度而破坏导线的绝缘。

二、中频感应热处理操作过程

金属管道焊接热处理使用设备：型号RLPC-7200的中频远红外一体化热处理设备。该中频热处理装置输入电源为380V三相五线制频率50HZ，中频电源输出频率为1000HZ～2000HZ并联谐振，最大输出总功率为400KW（远红外10×30KW＋中频100KW），中频感应加热线圈采用截面≥100mm2高温绝缘软铜线，绝缘电压大于交流750V的电缆线，长度一般为30-60米，能基本满足目前火电厂基建和检修过程中对高合金钢大管径厚壁管的热处理需求。

设备电源连接前，要对电压电源功率检查一下是否满足要求，各种设备计量是否在合格时间范围内，检查仪器设备性能、绝缘导线性能可靠性，并符合电力规范的相应规定，做好警示标志。保证被加热管道接地良好，按规程布置固定热电偶和预热加热器，热电偶要绑扎固定牢固，热电偶和加热器之间要用隔热石棉布或保温棉隔开，并绑扎牢固，分别接上电源线和补偿导线，做好各回路的标记。连接设备用摇表检测加热器和热电偶的回路和绝缘电阻，在用万用表测量加热器电阻以防止短路烧坏设备。

输入工艺参数数据并运行，查看电流电压属否正常，引线方向应与感应线圈垂直，保温材料厚薄决定感应线圈与管道壁的距离，距离越远漏磁越大，加热功率越低，距离越近保温越差，一般保温厚度大约60-90mm。缠绕的主热感应线圈与辅热感应线圈匝之间应分别相等，且两侧对称并可靠，线圈感应线应完全以焊缝中心绕在管道上，感应线圈匝之间严禁短路。感应线圈负载电缆应平行紧靠固定，不得交叉，双线之间不得有任何导体。现场给电前做好检查确认无误后给电，检查直流电流电压，中频频率，中频电压和中频震荡声正常后转入自动运行。

三、现场中频感应热处理的优势

1、电阻加热热处理时没有分区控温。规程规定管径大于273mm时测温点应不少于两点，现场的实际做法往往是焊缝上对称布置两个热电偶，处理时只用一支，将设备上测温系统的接线端并列接在这支热电偶上，另一个热电偶处于备用状态。这种做法在记录曲线上看不出违章的地方，但是它使得没有进行温度监控区域的回火温度处于失控状态，处理效果可想而知。而中频感应热处理加热均匀，感应线圈为整圈包裹，外壁周向不同位置温差小。

2、大径管热处理过程中电阻加热器坏一片后继续处理。对于管径较大的焊缝，有的需要八、九十千瓦的功率才能处理成功。处理过程中如果有加热片烧坏，且该区域附近又没布置测温点，则加热设备通过调整功率，仍可按设定曲线进行热处理，曲线显示热处理过程正常，硬度检测若不检测烧坏区域，其硬度值也有可能正常，但是实际上烧坏的加热器区域并未进行正常的热处理，该区域就成为整体焊缝中最薄弱的地方，降低焊缝的力学性能，埋下事故隐患。而中频感应加热热处理则不存在此问题。

3、与常规的远红外电阻加热热处理相比，新型中频感应加热热处理施工操作简单、焊口焊后热处理硬度一次合格率高，减少了因硬度不合格而进行二次处理带来的人工、材料等成本的浪费，保证了焊口质量，节约了施工工期。

4、新型中频加热减少了陶瓷加热器与保温棉的使用，节省施工成本，直接减少了保温棉对环境的污染，也间接减少了陶瓷加热器制作过程对环境和生态的破坏。

5、感应加热比电阻加热内外壁温差小。常规的远红外加热器是通过加热片对管道进行热传导的，传递速度慢且热量损失严重。而中频感应加热是利用感应线圈把频率为1000HZ-2000HZ的交流电能传递给要加热的金属管道工件，然后电能在金属管道内部转变为热能，管件本身就是发热源。感应线圈与被加热的金属管道并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。与常规的远红外电阻加热热处理相比，中频感应加热热处理对高合金钢大管径厚壁管的内外壁温差和外壁周向温差能进行更好的控制，有效保证了焊接接头的力学性能。

中频感应加热工艺安装简易且对管件表面平整度的要求性不高，解决了位于管座及三通位置等异形焊接接头使用陶瓷热处理片包扎不到位的问题，简化了施工程序，能大量减少加热器、保温材料等的使用，同时能缩短恒温时间，减小设备损耗，有效降低了施工成本，因此中频感应热处理在电力建设施工现场大径厚壁管道焊后热处理中得到了越来越多的应用。

参考文献：

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