火力发电厂厚壁大径管焊接接头热处理探讨

火力发电厂厚壁大径管焊接接头热处理探讨

程林杰

上海电力安装第二工程有限公司 上海 200235

摘要：火力发电厂焊接热处理通过在焊前、焊中或焊后将焊件全部或部分加热到一定温度，保持一定时间，然后以适当的速率冷却，以提高焊接工艺性能，是一种改进的工艺方法。本文对火电厂焊接接头的热处理进行了分析。

关键词：火力发电厂；焊接接头；热处理

引言

焊缝热处理是在焊前、焊中或焊后将焊件全部或部分加热到一定温度，保持一定时间，然后以适当的速度冷却，从而提高焊接工艺性能和机械性能。一种工件焊接接头金相组织的加工方法。焊接热处理包括预热、后加热和焊后热处理。焊后热处理通常是高温回火，目的是降低焊接残余应力，改善焊缝的金属组织和力学性能，如果焊缝处理不当，在焊接过程中很容易开裂。小则影响机组正常运行，大则造成停机，引发安全事故，给投资方造成巨大损失。焊缝热处理对于释放金属材料的性能潜力、延长接头寿命和提高其经济效益非常重要。

一、焊接接头热处理现状

在火力发电厂基础设施建设过程中，焊接工作量较大，电厂基础建设中厚壁大径管焊接热处理工作主要包括锅炉连通管、锅炉集箱、启动系统管道以及汽机四大管道等。这些焊接项目都需要进行焊接热处理。影响焊接接头热处理的因素主要有：热处理人员技能水平、责任心、热处理设备性能状况、焊接接头的结构形式以及焊工施焊过程中焊接工艺的执行情况等；焊接接头热处理的效果一般以热处理后的硬度检验为主、金相检验为辅；热处理工艺合格是焊缝硬度合格的先决条件，因此加强热处理施工过程工艺监控十分必要。热处理后焊缝的硬度测试只是一个抽样检测，即使经过100%的检测，仍然是一个抽样检测。由于焊缝的热处理往往是分区控制的，所以检测点的硬度并不意味着规定了整个焊缝所有区域的硬度。因此，热处理人员需要较高的理论知识、丰富的施工经验和高度的责任感。

二、焊后热处理的目的

焊后热处理的目的是通过加热和冷却使焊缝金属和合金获得期望的微观组织，以便改变焊接接头的工艺性能或提高焊接接头的使用性能，从而延长其使用寿命。热处理工件的力学性能未能达到设计技术要求，是一种常见的热处理质量缺陷。其原因有材料选择不当、材料有固有缺陷、热处理工艺不当、加热或冷却方式不当、热处理工艺执行不严等因素造成。

工件在使用过程中，承受不同载荷，在不同工作温度下工作，因而表现为不同的失效方式。例如过量塑性变形、断裂、疲劳、蠕变、磨损、应力腐蚀等。工件最重要的力学性能有硬度、抗拉强度、冲击韧度、蠕变性能、疲劳性能、耐腐蚀性能等。这些性能合格与否，需要根据工件的服役条件和技术条件具体情况具体分析，热处理工作者要掌握热处理与这些性能指标的关系，清楚什么样的热处理工艺问题会引起什么样的性能缺陷，从而找到避免和解决问题的思路。

三、热处理法规《焊缝热处理工艺》执行中的常见问题

首先是预热问题。当监测焊件坡口外的热电偶达到预热温度时，焊工开始焊接。二是制定焊后热处理工艺措施的问题。在制定焊后热处理工艺时，要考虑的因素和采取的措施并不全面，例如管道返修后热处理时未考虑到运行对焊缝及母材性能的影响；连同阀体一起热处理时未考虑到热处理温度对阀门阀件、密封件的影响。最后是焊接工艺的执行情况。厚壁大径管的焊接，因为管壁厚、刚度大，即焊接时拘束度大，焊缝的内、外壁性能由于热循环条件不一样等因素，焊缝各部位的韧性指标值的难以保证。因此在焊接前应制定合理的焊接工艺措施。大径厚壁管设计坡口时，坡口形式应尽量选择U型或综合型坡口，这样可以减少焊接时填充金属的截面积，有效的减少焊缝金属的应力。焊接时还应注意应多层多道焊，单道焊道的表面不宜过宽和超厚。否则，很容易产生粗大的晶粒组织，影响热处理的效果。

四、 热处理法规《焊缝热处理工艺》实施中常见问题的解决措施

4.1 解决预热问题的措施

现阶段电厂安转过程中焊接热处理预热设备主要采用柔性陶瓷电阻加热（主要用于焊后热处理及中、大口径焊口及P91、P92焊口的焊前预热）

现场所有热处理施工工艺必须依据焊接工艺评定和规程规范要求制定并编制焊接热处理工艺卡。施工前施工人员要了解施工对象的必要参数，施工中保证热处理工艺的贯彻、热电偶测温准确性与及时性、热处理温度均匀性、确保其内外壁温差在工艺可以接受的范围内，并符合相关法律法规的要求。

4.2 焊后热处理工艺措施制定中出现的问题如何解决

热处理施工前，由热处理技术员负责对热处理操作人员发放热处理工艺卡并进行口头和书面的交底。当被监测焊缝坡口外的热电偶达到预热温度时，应存放一段时间，用红外测温仪或接触式温度计测温，确定待焊坡口的温度符合要求再进行焊接。

在制定焊后热处理工艺措施时，应考虑下列可能出现因素并采取措施 ：

a）对于有再热裂纹倾向的钢种，焊后热处理恒温温度应避开敏感温度区间，升降温时，应尽快通过敏感温度区间；

b）对于有第二类回火脆性的钢种，焊后热处理采用快速冷却的方法；

c）冷拉焊接接头所用的加载工具，待焊接热处理完毕后，方可拆除；

d）对已运行的管道焊接接头，在热处理前、后对焊缝及母材硬度进行检验，必要时，进行金相组织检查；

e）阀体和管道形成的焊接接头，焊后热处理时，确保阀体部位的恒温温度不超过阀体运行温度；

f）对于壁厚大于100mm的焊接接头，应采取措施控制壁厚方向的温差，满足加热温度要求。

4.3 焊接过程控制

a）焊接热输入的控制

如P91、P92钢焊接时，焊接线能量对P91、P92钢焊接接头力学性能影响很大，由于焊接热循环的影响使得焊接接头的抗拉强度、硬度尤其是冲击韧性影响很大，因此在焊接过程中通采用钨极氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面，氩弧焊打底时焊接线能量控制在7~10KJ/cm，焊条电弧焊填充盖面时焊接线能量控制在15~20KJ/cm 时，焊接接头力学性能较为理想。同时在焊接操作过程中焊接线能量过小，金属流动性差，焊缝成形不良，易产生咬边、未熔合等焊接缺陷。因此焊接时应选择合理的焊接线能量。

b）厚壁大径管焊接的控制

厚壁大径管的焊接采用氩弧焊打底，电弧焊填充盖面。焊接时采用多层多道焊，氩弧焊进行根层焊接的焊层厚度不小于3mm，焊道的单层增厚不大于所用焊条直径加2mm；单焊道宽度不大于所用焊条直径的5倍； 9%～12%Cr马氏体耐热钢焊口进行填充盖面时，宜采用直径不大于3.2mm的焊条焊接，焊缝其单层增厚不超过焊条直径，焊道宽度不超过焊条直径的4倍。

结束语

随着当前火力发电厂技术的不断发展和更新，焊接热处理技术作为火力发电厂的核心技术也在不断发展，在焊接热处理过程中不可避免地会出现一些影响焊接质量的问题。为保证热处理质量，对保证火电正常生产运行具有重要的现实意义，必须深入了解焊接热处理技术，解决焊接热处理引起的各种问题。

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