火电厂管道异种钢的焊接热处理问题探讨李超

火电厂管道异种钢的焊接热处理问题探讨李超

李超

（中国能源建设集团湖南火电建设有限公司湖北长沙434000）

摘要：随着我国经济突飞猛进的发展，机组容量越来越大的同时，合金钢被也被广泛的应用，还对焊接热处理工艺提出了更高的要求。焊件如果没有恰当的进行焊后热处理，可以引起很多的缺陷，部分缺陷能够根据再一次新热处理进行纠正，然而部分缺陷不能挽回而形成废品。本文主要针对火电厂管道异种钢的焊接热处理问题进行简要分析。

关键词：火电厂；管道；异种钢；焊接热；处理问题

概括异种钢的概念

异种钢实际上就是焊接接头的两端的母材在化学构成与组织和功能方面有一定区别的钢，将此两类差异性的钢种焊接一起的焊接接头称之为异种钢接头。针对大型火电站高参数机组而言，异种钢焊接构造使用相对广泛。

1火电厂管道异种钢焊接热处理问题分析

在火电厂中，管道异种钢较为常见，由于异种钢的性质比较特殊，从而使其在焊接热处理过程中常常会出现各种问题，最为常见的是对焊接接头的影响，具体体现在如下几个方面：

1.1对碳元素的影响

对异种钢进行焊接热处理会促使碳元素从低合金一侧向高合金一侧迁移，由此会造成碳前移层的宽度扩大。具体而言，焊接热处理会对管道异种钢的碳迁移及碳化物造成影响。

1.1.1碳迁移

在异种钢焊接中，若是出现碳迁移问题，则会导致熔合线附近出现扩散带，并在珠光体侧形成脱碳层，同时，还会在相邻奥氏体焊缝侧形成增碳层。当脱碳层由原本的珠光体转变为铁素体之后，其本身的硬度会随之减弱，进而出现软化，这样一来极容易引起晶粒长大；而增碳层由于铬的碳化物析出会表现出硬化状态，从而使高温强度大幅度下降，在这一过程中，焊缝位置处的脆性会随之增大。此外，热处理的时间越长、温度越高，扩散带增大的幅度就越大。相关研究结果表明，当异种钢熔合线附近出现碳迁移时，其接头位置处极有可能形成低应力蠕变断裂，由此会导致接头失效。

1.1.2碳化物

相关研究结果表明，当焊接热处理的温度≤650℃时，异种钢碳化物的析出时间较长，并且会随着时间的推移不断长大；当焊接热处理的温度≥675℃时，碳化物会先长大，并随着时间的推移逐步变小。如果对异种钢进行焊接热处理时温度控制的不到位，则会对碳化物造成影响，这样极有可能引起接头早期失效。

1.2对网状组织的影响

火电厂中有一些运行环境较为特殊的管道采用的是高合金钢，焊接热处理会促进此类钢材网状组织的形成。以高合金钢中比较常见的奥氏体钢为例，在焊接热处理时，高温会使碳化物的析出速度大幅度提升，由此会对奥氏体钢的焊接接头产生不利影响，若是碳化物沿着奥氏体晶界析出，则会形成网状结构，这种情况在母材的热影响区比较常见。

2解决火电厂管道异种焊接热处理问题的有效途径

针对火电厂管道异种钢焊接热处理的相关问题，可以通过提高焊接技术水平和优化焊接热处理工艺两个途径予以解决。

2.1提高焊接技术水平

想要有效解决管道异种钢焊接热处理引起的各种问题，就必须进一步提高焊接质量。

2.1.1优选焊接方法

在对异种钢进行焊接作业时，焊接方法的选择至关重要，其除了与焊接质量密切相关之外，还对焊接后的热处理质量有着一定影响。为此，应当遵循如下原则对异种钢的焊接方法进行选择：应当确保所选的异种钢焊接方法满足相关的焊接质量要求，最大限度地减小熔合比，借此来避免裂纹的产生，同时还应充分考虑所选焊接方法的技术先进性以及经济性。建议以焊条电弧焊作为首选，之所以选择这种方法对异种钢进行焊接，主要是因为焊条的种类较多，具有较强的适应性；珠光体钢与高铬马氏体钢焊接，则可以二氧化碳气体保护焊作为首选；高合金异种钢的焊接尽量选用氩弧焊；比较简单的异种钢构件，则可采用钎焊或是扩散焊接等工艺。

2.1.2优选焊接材料

在对异种钢焊接材料进行选择时，应当以塑性较好的焊接材料作为首选，当焊缝的金属性能可以满足两种母材某一种的要求时，即可认为该焊材为可用焊材。同时应确保所选的焊材具有良好的工艺性能，由此可使焊接后形成的焊缝更加美观。

2.1.3焊接工艺要点

在对异种钢焊接接头进行设计时，应当优先考虑减小焊缝的稀释率，并放置在某些焊缝中形成应力集中问题，对壁厚较大的异种钢进行对接时，应当采用X形或U形坡口。在对焊接电流、速度、层数等指标进行选择时，要尽可能以减少母材金属的熔化及提高焊缝堆积量为依据，当被焊接的两种钢有一种是淬硬钢时，必须先进行预热处理，预热的温度可按照焊接性较低的钢材进行确定。

2.1.4注意事项

异种钢的焊接必须在焊接工艺评定合格的前提下，依据该工艺的有关操作规程进行作业，焊接现场的环境温度应当与有关标准中的规定要求相符，并且要设置有效的遮风挡雨及防寒措施。不允许在母材上的非焊接部位焊接临时物、卡具等；在定位焊时，要检查焊缝质量，清除缺陷，对管材直径较小的焊缝使用对口夹具，对管材直径较大的焊缝使用临时定位焊件。在焊接之后，打磨好焊疤；合理确定定位焊缝的数量，控制好焊缝的厚度与长度，避免因定位焊过多而造成管材裂纹；若焊接选用镍基材料，则要保证焊材清洁，并在焊接中控制好温度，避免焊接面产生裂纹；在氩弧焊之后检查焊缝的外观是否存在缺陷，若无缺陷则继续填充焊接。在焊接过程中，严把收弧质量，保证填满熔池。若焊道接头为多层，则要错开接头进行焊接；在焊接中断过程中，要采取后热、缓冷、保温等措施，有效避免裂纹的产生。认真检查焊接的隐蔽工程，待检查合格后方可继续施焊；不得在热处理之前拆除管道上的加载工具；及时处理不合格的焊接接头，既可以用机械方法清除缺陷，重新进行焊接，也可采取补焊工艺，在同一位置上焊接两次，并对补焊后的接头再次进行热处理。

2.2优化焊接热处理工艺

2.2.1做好处理前的准备

在焊接前，全部拆除靠近管道上的仪表件，如温度计、孔板等，对仪表件的拆出口进行保护；检查焊接热处理所需各种设备仪器的质量，包括电加热器、记录仪、补偿导线、热处理设备等，保证所有设备运行正常，达到检校合格的要求；将检校合格的热处理设备上报到监理工程师审核，待审核通过后准许使用。

2.2.2加强热处理前的检查

若管道焊接位于室外，则要提前搭设防风雨棚，避免天气条件变化给焊接热处理带来影响；在焊接热处理之前，要全面检查准备工作的开展情况，合理布置测温点，待检查通过后再进行热处理施工；对热处理后的焊缝进行探伤，若发现不合格问题，则必须进行返修，对不合格之处重新进行热处理，焊接完工后再进行探伤。

2.2.3热处理工艺优化

采用电加热法进行焊接热处理，具体操作方法如下：在焊接支管角焊缝，或焊接不超过4寸的焊缝时，可在焊缝上缠绕加热绳，加热绳的缠绕宽度为焊缝的6倍以上，在加热器上用钢带扎紧保温材料，保温长度焊缝每侧必须超过管道直径3倍以上；在保温层内不允许穿过加热器引线，防止因温度过高造成绝缘层熔化而引起短路；选用超细玻璃棉作为保温材料，在焊缝尺寸超过4寸的情况下，对焊缝进行包扎，包扎材料为加热片。

3结束语

综上所述，火电厂管道异种钢焊接完毕后，需要进行焊后热处理，由于异种钢的性质较为特殊，从而使得焊接热处理的过程会引起一些问题，由此对焊接质量造成了也一定程度的影响。为了有效解决这一问题，应当对焊接热处理引起的问题进行分析，并通过提高焊接技术水平和优化焊接热处理工艺等途径，解决焊接热处理引起的各种问题，从而确保管道异种钢的焊接质量，这对于保障火电厂的正常生产运行具有重要的现实意义。

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