火電廠管道異種鋼的焊接熱處理問題探討

張仲理

摘要： 異種鋼在火電廠管道工程中的應(yīng)用較多，為確保管道異種鋼的焊接質(zhì)量，必須確保焊后熱處理的質(zhì)量。然而，在對異種鋼進(jìn)行焊接熱處理的過程中卻常常會(huì)引起各種問題，這對管道異種鋼的焊接質(zhì)量造成了影響。鑒于此，本文首先簡要分析了火電廠管道異種鋼焊接熱處理問題，在此基礎(chǔ)上提出解決火電廠管道異種焊接熱處理問題的有效途徑。

Abstract： The application of dissimilar steel is more common in the pipeline engineering of thermal power plant， and in order to ensure the welding quality of dissimilar steel pipes， it must ensure the quality of heat treatment after welding. However， in the process of welding heat treatment of dissimilar steel， it often causes a variety of problems， which affect the quality of the welding of dissimilar steel. In view of this， this paper first briefly analyzes the heat treatment of dissimilar steel pipes in the thermal power plant， and puts forward an effective way to solve the problem.

關(guān)鍵詞： 火電廠；管道異種鋼；焊接熱處理

Key words： thermal power plant；dissimilar steel pipes；welding heat treatment

中圖分類號：TG441.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）19-0108-02

1 火電廠管道異種鋼焊接熱處理問題分析

在火電廠中，管道異種鋼較為常見，由于異種鋼的性質(zhì)比較特殊，從而使其在焊接熱處理過程中常常會(huì)出現(xiàn)各種問題，最為常見的是對焊接接頭的影響，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1 對碳元素的影響

對異種鋼進(jìn)行焊接熱處理會(huì)促使碳元素從低合金一側(cè)向高合金一側(cè)遷移，由此會(huì)造成碳前移層的寬度擴(kuò)大。具體而言，焊接熱處理會(huì)對管道異種鋼的碳遷移及碳化物造成影響。

1.1.1 碳遷移

在異種鋼焊接中，若是出現(xiàn)碳遷移問題，則會(huì)導(dǎo)致熔合線附近出現(xiàn)擴(kuò)散帶，并在珠光體側(cè)形成脫碳層，同時(shí)，還會(huì)在相鄰?qiáng)W氏體焊縫側(cè)形成增碳層。當(dāng)脫碳層由原本的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體之后，其本身的硬度會(huì)隨之減弱，進(jìn)而出現(xiàn)軟化，這樣一來極容易引起晶粒長大；而增碳層由于鉻的碳化物析出會(huì)表現(xiàn)出硬化狀態(tài)，從而使高溫強(qiáng)度大幅度下降，在這一過程中，焊縫位置處的脆性會(huì)隨之增大。此外，熱處理的時(shí)間越長、溫度越高，擴(kuò)散帶增大的幅度就越大。相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)異種鋼熔合線附近出現(xiàn)碳遷移時(shí)，其接頭位置處極有可能形成低應(yīng)力蠕變斷裂，由此會(huì)導(dǎo)致接頭失效。

1.1.2 碳化物

相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)焊接熱處理的溫度≤650℃時(shí)，異種鋼碳化物的析出時(shí)間較長，并且會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷長大；當(dāng)焊接熱處理的溫度≥675℃時(shí)，碳化物會(huì)先長大，并隨著時(shí)間的推移逐步變小。如果對異種鋼進(jìn)行焊接熱處理時(shí)溫度控制的不到位，則會(huì)對碳化物造成影響，這樣極有可能引起接頭早期失效。

1.2 對網(wǎng)狀組織的影響

火電廠中有一些運(yùn)行環(huán)境較為特殊的管道采用的是高合金鋼，焊接熱處理會(huì)促進(jìn)此類鋼材網(wǎng)狀組織的形成。以高合金鋼中比較常見的奧氏體鋼為例，在焊接熱處理時(shí)，高溫會(huì)使碳化物的析出速度大幅度提升，由此會(huì)對奧氏體鋼的焊接接頭產(chǎn)生不利影響，若是碳化物沿著奧氏體晶界析出，則會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種情況在母材的熱影響區(qū)比較常見。

2 解決火電廠管道異種焊接熱處理問題的有效途徑

針對火電廠管道異種鋼焊接熱處理的相關(guān)問題，可以通過提高焊接技術(shù)水平和優(yōu)化焊接熱處理工藝兩個(gè)途徑予以解決。

2.1 提高焊接技術(shù)水平

想要有效解決管道異種鋼焊接熱處理引起的各種問題，就必須進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。

2.1.1 優(yōu)選焊接方法

在對異種鋼進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，焊接方法的選擇至關(guān)重要，其除了與焊接質(zhì)量密切相關(guān)之外，還對焊接后的熱處理質(zhì)量有著一定影響。為此，應(yīng)當(dāng)遵循如下原則對異種鋼的焊接方法進(jìn)行選擇：應(yīng)當(dāng)確保所選的異種鋼焊接方法滿足相關(guān)的焊接質(zhì)量要求，最大限度地減小熔合比，借此來避免裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)還應(yīng)充分考慮所選焊接方法的技術(shù)先進(jìn)性以及經(jīng)濟(jì)性。建議以焊條電弧焊作為首選，之所以選擇這種方法對異種鋼進(jìn)行焊接，主要是因?yàn)楹笚l的種類較多，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；珠光體鋼與高鉻馬氏體鋼焊接，則可以二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為首選；高合金異種鋼的焊接盡量選用氬弧焊；比較簡單的異種鋼構(gòu)件，則可采用釬焊或是擴(kuò)散焊接等工藝。

2.1.2 優(yōu)選焊接材料

在對異種鋼焊接材料進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)以塑性較好的焊接材料作為首選，當(dāng)焊縫的金屬性能可以滿足兩種母材某一種的要求時(shí)，即可認(rèn)為該焊材為可用焊材。同時(shí)應(yīng)確保所選的焊材具有良好的工藝性能，由此可使焊接后形成的焊縫更加美觀。

2.1.3 焊接工藝要點(diǎn)

①在對異種鋼焊接接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮減小焊縫的稀釋率，并放置在某些焊縫中形成應(yīng)力集中問題，對壁厚較大的異種鋼進(jìn)行對接時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用X形或U形坡口。②在對焊接電流、速度、層數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行選擇時(shí)，要盡可能以減少母材金屬的熔化及提高焊縫堆積量為依據(jù)，當(dāng)被焊接的兩種鋼有一種是淬硬鋼時(shí)，必須先進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱的溫度可按照焊接性較低的鋼材進(jìn)行確定。

2.1.4 注意事項(xiàng)

①異種鋼的焊接必須在焊接工藝評定合格的前提下，依據(jù)該工藝的有關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，焊接現(xiàn)場的環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定要求相符，并且要設(shè)置有效的遮風(fēng)擋雨及防寒措施。②不允許在母材上的非焊接部位焊接臨時(shí)物、卡具等；在定位焊時(shí)，要檢查焊縫質(zhì)量，清除缺陷，對管材直徑較小的焊縫使用對口夾具，對管材直徑較大的焊縫使用臨時(shí)定位焊件。③在焊接之后，打磨好焊疤；合理確定定位焊縫的數(shù)量，控制好焊縫的厚度與長度，避免因定位焊過多而造成管材裂紋；若焊接選用鎳基材料，則要保證焊材清潔，并在焊接中控制好溫度，避免焊接面產(chǎn)生裂紋；在氬弧焊之后檢查焊縫的外觀是否存在缺陷，若無缺陷則繼續(xù)填充焊接。④在焊接過程中，嚴(yán)把收弧質(zhì)量，保證填滿熔池。若焊道接頭為多層，則要錯(cuò)開接頭進(jìn)行焊接；在焊接中斷過程中，要采取后熱、緩冷、保溫等措施，有效避免裂紋的產(chǎn)生。⑤認(rèn)真檢查焊接的隱蔽工程，待檢查合格后方可繼續(xù)施焊；不得在熱處理之前拆除管道上的加載工具；及時(shí)處理不合格的焊接接頭，既可以用機(jī)械方法清除缺陷，重新進(jìn)行焊接，也可采取補(bǔ)焊工藝，在同一位置上焊接兩次，并對補(bǔ)焊后的接頭再次進(jìn)行熱處理。

2.2 優(yōu)化焊接熱處理工藝

2.2.1 做好處理前的準(zhǔn)備

在焊接前，全部拆除靠近管道上的儀表件，如溫度計(jì)、孔板等，對儀表件的拆出口進(jìn)行保護(hù)；檢查焊接熱處理所需各種設(shè)備儀器的質(zhì)量，包括電加熱器、記錄儀、補(bǔ)償導(dǎo)線、熱處理設(shè)備等，保證所有設(shè)備運(yùn)行正常，達(dá)到檢校合格的要求；將檢校合格的熱處理設(shè)備上報(bào)到監(jiān)理工程師審核，待審核通過后準(zhǔn)許使用。

2.2.2 加強(qiáng)熱處理前的檢查

若管道焊接位于室外，則要提前搭設(shè)防風(fēng)雨棚，避免天氣條件變化給焊接熱處理帶來影響；在焊接熱處理之前，要全面檢查準(zhǔn)備工作的開展情況，合理布置測溫點(diǎn)，待檢查通過后再進(jìn)行熱處理施工；對熱處理后的焊縫進(jìn)行探傷，若發(fā)現(xiàn)不合格問題，則必須進(jìn)行返修，對不合格之處重新進(jìn)行熱處理，焊接完工后再進(jìn)行探傷。

2.2.3 熱處理工藝優(yōu)化

采用電加熱法進(jìn)行焊接熱處理，具體操作方法如下：在焊接支管角焊縫，或焊接不超過4寸的焊縫時(shí)，可在焊縫上纏繞加熱繩，加熱繩的纏繞寬度為焊縫的6倍以上，在加熱器上用鋼帶扎緊保溫材料，保溫長度焊縫每側(cè)必須超過管道直徑3倍以上；在保溫層內(nèi)不允許穿過加熱器引線，防止因溫度過高造成絕緣層熔化而引起短路；選用超細(xì)玻璃棉作為保溫材料，在焊縫尺寸超過4寸的情況下，對焊縫進(jìn)行包扎，包扎材料為加熱片。

3 結(jié)論

綜上所述，火電廠管道異種鋼焊接完畢后，需要進(jìn)行焊后熱處理，由于異種鋼的性質(zhì)較為特殊，從而使得焊接熱處理的過程會(huì)引起一些問題，由此對焊接質(zhì)量造成了也一定程度的影響。為了有效解決這一問題，應(yīng)當(dāng)對焊接熱處理引起的問題進(jìn)行分析，并通過提高焊接技術(shù)水平和優(yōu)化焊接熱處理工藝等途徑，解決焊接熱處理引起的各種問題，從而確保管道異種鋼的焊接質(zhì)量，這對于保障火電廠的正常生產(chǎn)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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