火力發(fā)電廠焊接接頭熱處理問題分析及處理建議

梁紅方

(河北省電力建設(shè)第一工程公司，石家莊 050031)

焊接熱處理是在焊接之前、焊接過程中或焊接之后，將焊件全部或局部加熱到一定的溫度，保溫一定的時間，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s下來，以改善工件的焊接工藝性能和力學(xué)性能，是改善焊接接頭金相組織的一種工藝方法。焊接熱處理包括預(yù)熱、后熱和焊后熱處理。焊后熱處理一般為高溫回火，其目的是降低焊接殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的金相組織和力學(xué)性能，如果焊縫處理不好易導(dǎo)致機組運行期間開裂，影響機組正常運行，甚至造成停機，導(dǎo)致安全事故，給企業(yè)造成巨大損失。焊接熱處理對于充分發(fā)揮金屬材料的性能潛力，延長接頭的使用壽命，提高經(jīng)濟效益具有十分重要的意義。

1 焊接接頭熱處理的現(xiàn)狀

在火力發(fā)電廠基建過程中，焊接的工作量較大，包括受熱面管小管焊接、四大管道焊接和機爐外管焊接等，這些焊接項目通常需要進行焊接熱處理。

熱處理的效果一般以熱處理后的硬度檢測為準，認為只要熱處理記錄曲線、硬度檢測合格就可以了，但熱處理記錄曲線合格不一定過程合格，焊縫硬度也不一定合格,檢測點硬度合格不一定整個焊縫硬度合格。熱處理過程的合格是焊縫硬度合格的充分條件，加強熱處理的過程監(jiān)控是非常必要的。熱處理后焊縫的硬度檢測只是一個抽樣檢測，即使進行100%檢測也還是抽樣檢測。因為一道焊縫進行熱處理時往往要分區(qū)控制，檢測點的硬度合格并不意味著整個焊縫所有區(qū)域的硬度檢測都合格。所以，要求熱處理人員應(yīng)有較高的理論知識、豐富的施工經(jīng)驗和高度的責(zé)任心。

2 焊接接頭熱處理存在的問題及處理方法

2.1 熱處理技術(shù)人員缺乏

由于大量火力發(fā)電廠基建工程的開工，各電建公司工作點較多，因此各電建公司焊接熱處理技術(shù)人員緊張，不能保證在整個焊接熱處理過程中一直有技術(shù)人員負責(zé)，也不能保證焊接熱處理質(zhì)量。因此應(yīng)該重視熱處理技術(shù)人員的學(xué)習(xí)培訓(xùn)及培養(yǎng)，提高其素質(zhì)水平，保證每個工作點技術(shù)人員的數(shù)量及素質(zhì)滿足要求。

2.2 熱電偶未及時檢定

火力發(fā)電廠焊接熱處理常采用熱電偶測溫，因此熱電偶測溫溫度的準確與否對熱處理的質(zhì)量影響較大。常出現(xiàn)熱電偶未及時檢定使熱處理溫度達不到要求，導(dǎo)致熱處理效果較差的現(xiàn)象。

熱電偶的測量是根據(jù)熱電偶測量端點與冷端點溫度差產(chǎn)生電動勢的原理進行溫度測量，是一種接觸式測量方式，適合熱處理爐、柔性陶瓷、中頻加熱等多種加熱方式的測溫。熱電偶測溫的準確性，與熱電偶本身的材料、熱電偶和焊件的接觸方式、冷端補償、測量設(shè)備有關(guān)。因此在測量之前需要對熱電偶、補償導(dǎo)線、加熱控溫設(shè)備和記錄儀等進行校驗標定，即用高精度的電子電位差計、溫度檢定儀表進行系統(tǒng)誤差標定，溫度設(shè)定時扣除相應(yīng)的數(shù)值。另外熱電偶在使用過程中會產(chǎn)生熱電勢的漂移，因此熱電偶絲每半年或每累計使用200 h后需重新檢定。重要部件的焊后熱處理建議采用已使用200 h以上并重新檢定或廠家已經(jīng)進行時效處理的熱電偶。

2.3 熱處理溫度的選擇與材料不匹配

焊接熱處理溫度是根據(jù)材料的性質(zhì)決定的，不同的材料有不同的要求?，F(xiàn)場實際進行熱處理時，常出現(xiàn)由于沒有根據(jù)不同材料的性質(zhì)采用有針對性的焊接熱處理，導(dǎo)致熱處理溫度控制不當，使熱處理不能達到滿意效果。

預(yù)熱時，普通低合金鋼和碳鋼材料預(yù)熱溫度根據(jù)壁厚可以適當提高以減小裂紋等焊接缺陷的出現(xiàn)。對于馬氏體鋼材料和奧氏體鋼材料，要在保證不出現(xiàn)焊接裂紋的前題下盡量采用低的預(yù)熱溫度，以保證焊接過程中組織的完全轉(zhuǎn)變。如果預(yù)熱溫度高于馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，則最后得到的組織和性能將不符合要求。

后熱時，最高熱處理溫度是保證氫較容易擴散(溫度較高擴散更容易)，一般后熱溫度不低于300 ℃。如果能夠立即進行焊后熱處理可不進行后熱處理。

焊后熱處理時，根據(jù)材料的要求，最高溫度不能高于焊接材料、兩側(cè)母材的Ac1溫度的最低值，要求控制在Ac1溫度以下20～30 ℃，同時也不應(yīng)超過材料供貨狀態(tài)的最終熱處理溫度。

機械行業(yè)標準和電力行業(yè)標準中對電站部件焊接熱處理最高溫度控制的差別較大，目前機械行業(yè)標準控制的最高溫度普遍低于電力標準。例如，對于12Cr1MoV鋼最終熱處理最高溫度控制，JB/T 6046-1992《碳鋼、低合金鋼焊接構(gòu)件焊后熱處理方法》中規(guī)定為大于等于670 ℃，DL/T 869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定為720～750 ℃。實際熱處理過程中，發(fā)現(xiàn)需要取電力標準的上限值才可以保證熱處理后焊縫硬度值符合要求。在對P91、P92材料的研究中也發(fā)現(xiàn)取上限更容易保證最終合格的性能要求，建議在建設(shè)現(xiàn)場和電廠檢修過程中，嚴格按電力行業(yè)標準進行焊接熱處理。

2.4 焊后熱處理保溫時間短

最終的焊后熱處理保溫時間需要通過焊接工藝評定來確定。DL/T 868-2004《焊接工藝評定規(guī)程》中規(guī)定，焊件厚度大于40 mm時，可以適用的厚度不限定。在超超臨界機組中，對于厚度大于70 mm的厚壁管道焊接時，焊后熱處理保溫時間要延長至7～8 h，此時用40 mm厚度對應(yīng)的工藝參數(shù)進行評定是不合格的，因此，當厚壁管道的厚度大于70 mm時，需要進行工藝評定，以確定最高焊接熱處理溫度下的保溫時間。

2.5 特殊焊接接頭的熱處理方法不當

對于現(xiàn)場一些特殊的焊接接頭由于沒有掌握合適的熱處理方法和工藝，往往會導(dǎo)致熱處理效果達不到要求。管道與法蘭、閥門等對接接頭的焊后熱處理中，在焊縫兩側(cè)將產(chǎn)生不對稱的熱傳導(dǎo)，法蘭或閥門等部件將吸收大量的熱量，即產(chǎn)生“冷阱效應(yīng)”。在壁厚不同的部件上采用各自獨立的控溫加熱區(qū)是最理想的。在這種方法無法實現(xiàn)的情況下，可將加熱區(qū)向壁厚大的部件偏移，但對管道/閥門、管道/法蘭的焊接接頭，通常達不到所需的偏移量。對于不能在厚壁部件上布置額外的加熱器時，必須通過加裝監(jiān)控?zé)犭娕紒肀ＷC薄壁部件不能過熱，同時厚壁部件達到預(yù)定溫度，此時可以減小薄壁部件上的保溫層來使均溫區(qū)的正好落在預(yù)定的溫度范圍之內(nèi)。采用式(1)計算加熱區(qū)寬度的方法可以確定加熱帶的偏移量。以焊縫為中心，每一側(cè)所需的加熱區(qū)寬度為：

(1)

式中：HB2是由徑向溫度差判據(jù)確定的最小加熱區(qū)寬度，mm；Hi=Ac/(2Acs+Ai)，Ac為管子外表面熱源覆蓋面積，Acs為管子厚度方向截面積，Ai為均熱帶內(nèi)表面面積。對水平布置的、公稱直徑在150Dn以下的管道，且只有1個周向加熱控制區(qū)時其Hi可取5；對公稱直徑150Dn以上的管道和公稱直徑150Dn以下但有2個以上周向加熱控制區(qū)的水平管道以及所有的垂直管道，Hi取3。OD為管道的外徑，mm；ID為管道的內(nèi)徑，mm；SB為均溫寬度，mm。

如加熱寬度按單側(cè)分別計算，然后按各自的加熱寬度設(shè)定偏移量。對接管、吊耳等與管道的焊接接頭熱處理，應(yīng)盡可能采取對主管整圈環(huán)形加熱的方式，管座視大小和壁厚采取保溫或適量布置受熱面。

2.6 異常情況處理經(jīng)驗不足

熱處理過程中可能出現(xiàn)一系列異常情況，比如停電、設(shè)備或加熱器故障、測溫元件或裝置故障、加熱器功率不足達不到規(guī)定保持(恒溫)溫度等，遇到這些情況都應(yīng)采取相應(yīng)對策。

2.6.1 電源中斷時

網(wǎng)絡(luò)停電或電源設(shè)備故障而停止向加熱器供電時，應(yīng)采取下列措施控制加熱范圍降溫速度，具體方法為：

a. 加強保溫，利用補助熱源(火焰等)向接頭區(qū)補充輸入熱量。

b. 與供電部門溝通，需要停電檢修時提前通知?？刹捎秒p電源供電，電源中斷時，立即啟用備用電源。

2.6.2 加熱器故障時

如故障處于升溫階段則應(yīng)加強保溫，控制冷卻速度，緩冷至300 ℃以下后，拆開保溫，處理故障點，或更換加熱器，然后重新進行熱處理；如故障處于降溫過程中，則重點加強保溫，盡量把冷卻速度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，待冷卻至室溫時測定接頭的硬度值，判定是否需要重新熱處理；如故障處于恒溫過程中，則要根據(jù)恒溫時間的長短，結(jié)合工藝試驗數(shù)據(jù)，判斷是否需要重新熱處理。也可在累加原恒溫時間的基礎(chǔ)上進行適當?shù)难娱L。

2.6.3 測溫系統(tǒng)失靈時

測溫系統(tǒng)失靈，應(yīng)先停止加熱，處理故障。如有備用測溫點，更換測溫點繼續(xù)進行工作；如沒有備用測溫點，則要根據(jù)不同的工作階段采取不同的措施：

a. 故障處于升溫或恒溫階段，則應(yīng)立即停止加熱，防止溫度失控造成熱處理事故；然后加強保溫，控制降溫速度，緩冷至300 ℃以下后，拆開保溫，更換熱電偶，重新進行熱處理；

b. 故障處于恒溫即將結(jié)束或降溫時，則應(yīng)立即停止加熱，重點加強保溫，盡量把冷卻速度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，待冷卻至室溫時測定接頭的硬度值，判定是否需要重新熱處理。

2.6.4 加熱器功率無法達到最高溫度時

由于對工件的散熱估計不足，選擇加熱功率過小，導(dǎo)致產(chǎn)熱無法滿足最高溫度下的散熱，溫度達不到焊接熱處理的最高溫度。此時，需要針對具體的溫度值，判定是需要延長時間來保證質(zhì)量，還是保溫緩冷后重新進行熱處理。超超臨界機組用材管道合金含量高，對焊后熱處理最高溫度要求較高，溫度低于規(guī)定的范圍無論延長多少時間也不會達到熱處理質(zhì)量要求,此時只能保溫緩冷后重新進行熱處理。

3 結(jié)束語

只有充分認識到焊接接頭熱處理的重要性，從人員、技術(shù)上予以保證，提高焊接熱處理人員對特殊情況的處理能力，加強新型用鋼的熱處理技術(shù)儲備，掌握特殊焊接接頭的熱處理方法及工藝，才能保證火力發(fā)電廠基建期間焊接接頭的熱處理質(zhì)量，為機組的安全可靠長周期運行提供有力的技術(shù)保障。