火力發(fā)電廠承壓管道焊接接頭熱處理分析

張 龍 中國(guó)電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司

1 引言

電力資源對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展有不可或缺的作用，其中火力發(fā)電作為電能生產(chǎn)最主要的來(lái)源之一，為社會(huì)做出了重要的貢獻(xiàn)，因此做好火力發(fā)電廠的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。對(duì)于火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，承壓管道是非常重要的構(gòu)件，焊接結(jié)構(gòu)在承壓管道中占據(jù)了非常大的比重，對(duì)整個(gè)管道的質(zhì)量有重要影響。焊接的過(guò)程中，焊縫位置以高溫的形式將進(jìn)行熔化，然而待其冷卻以后，焊接接頭就會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力；在焊接作業(yè)過(guò)程中，為了避免在使用過(guò)程中受應(yīng)力作用導(dǎo)致開(kāi)裂，所以應(yīng)當(dāng)采取有效措施降低局部應(yīng)力，這就需要高溫回火處理，這是降低殘余應(yīng)力應(yīng)用最廣泛的方法[1]。

2 焊接熱處理概述

所謂焊接熱處理，就是在焊接前、焊接過(guò)程中或焊接后，對(duì)金屬件實(shí)施的熱處理作業(yè)；通過(guò)將焊件整體或局部加熱，使其升高到一定溫度然后對(duì)其實(shí)施一定時(shí)間的保溫處理；最后在以特定速度使其冷卻；通過(guò)這樣的一個(gè)過(guò)程，以改善工件的工藝性能、焊接接頭的金相組織性能和力學(xué)性能，以更好的滿足裝配需求的處理技術(shù)。焊接熱處理作用[2]，一方面是改善焊件性能，另一方面是消除焊接所造成的焊件熱應(yīng)力。就焊接熱處理的整個(gè)工藝流程來(lái)看，分為預(yù)熱、后熱和焊后熱處理三個(gè)部分。

2.1 預(yù)熱

所謂預(yù)熱，就是在焊件開(kāi)始焊接作業(yè)之前，對(duì)其整體或部分實(shí)施加熱的作業(yè)內(nèi)容。一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)焊接預(yù)熱，都是針對(duì)焊件的特定部分實(shí)施加熱而不是整體加熱，主要是為了使焊件焊接作業(yè)后降溫更加緩慢，以免出現(xiàn)冷裂紋。同時(shí)，也是首先通過(guò)預(yù)熱的方式使焊件均勻受熱，以免直接對(duì)冷態(tài)金屬直接實(shí)施焊接作業(yè)，導(dǎo)致受熱不均引發(fā)的不均勻膨脹。無(wú)論是加熱過(guò)程中的不均勻，還是冷卻過(guò)沉重的不均勻，都會(huì)造成金屬的膨脹、收縮應(yīng)力過(guò)大，而出現(xiàn)裂紋[3]。

2.2 后熱

所謂后熱，就是當(dāng)焊接作業(yè)完成以后，對(duì)焊件實(shí)施加熱，使其溫度處于300℃～400℃狀態(tài)，然后對(duì)其實(shí)施2h～4h 的保溫處理；這樣就能夠讓焊件的降溫冷卻速度放緩，使加速氫能夠順利逸出。

2.3 焊后熱處理

所謂焊后熱處理，就是整個(gè)焊接作業(yè)結(jié)束后，對(duì)焊件實(shí)施加熱，使其溫度升高到指定區(qū)域，然后對(duì)其實(shí)施保溫處理，從而使其得以以較慢的速度回復(fù)常溫。這樣就能夠?qū)附咏宇^的組織性能、力學(xué)性能作出相應(yīng)的改變，同時(shí)能夠消除焊接作業(yè)造成的殘余應(yīng)力。焊后熱處理事實(shí)上就是高溫回火作業(yè)，對(duì)其實(shí)施高溫回火，主要是為了實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)目的：

首先，使焊件的焊接應(yīng)力得以降低，同時(shí)改善其脆性，避免焊件出現(xiàn)斷裂；

其次，焊接形成的焊縫部位中的粗大金相組織，經(jīng)過(guò)高溫回火處理以后逐漸細(xì)化，從而使焊件的力學(xué)性能得到有效提升；

再次，避免焊件出現(xiàn)變性，使其尺寸保持穩(wěn)定狀態(tài)。

3 火電廠焊接接頭熱處理的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)于火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，在建設(shè)、維護(hù)的過(guò)程中，焊接工藝承擔(dān)著非常重要的使命。特別是鍋爐受熱面、四大管道、本體管路以及承重部位，基本都需要焊接作業(yè)。另外，在機(jī)組檢修過(guò)程中，受熱面、本體管路常常需要更換管道，這同樣需要對(duì)其實(shí)施焊接作業(yè)；還有檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)焊接接頭質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)，也需要對(duì)其實(shí)施補(bǔ)焊作業(yè)。上面所提到的所有接頭焊接作業(yè)，基本都需要對(duì)其實(shí)施相應(yīng)的熱處理作業(yè)；熱處理質(zhì)量的高低，對(duì)于焊接接頭質(zhì)量的高低有很大的決定作用。

4 焊接接頭熱處理分析

本文針對(duì)承壓管道焊接接頭熱處理的分析和探討，不涉及高深的理論，而是依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)有著較為廣泛應(yīng)用的電阻式紅外熱處理溫控柜，針對(duì)焊接熱處理的相關(guān)操作規(guī)范以及注意事項(xiàng)，做具體的說(shuō)明即可。

對(duì)于熱處理工作人員來(lái)說(shuō)，在接受熱處理作業(yè)任務(wù)的同時(shí)，也會(huì)受到一張與之相配套的熱處理工藝卡。工藝卡對(duì)于熱處理作業(yè)有非常重要的作用，這是以行業(yè)規(guī)范、單位工藝為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出的作業(yè)工藝說(shuō)明，工藝卡的生效需要經(jīng)過(guò)熱處理技術(shù)人員、操作人員共同簽字，表明雙方就熱處理的相關(guān)工藝要求、作業(yè)規(guī)范做充分交底。簽字以后工藝卡即刻生效，并且是熱處理作業(yè)的依據(jù)，不可隨便更改。

根據(jù)熱處理工藝卡上的相關(guān)內(nèi)容，首先找出熱處理所需的焊前預(yù)熱、焊后熱處理所必需使用的加熱片。加熱片的相關(guān)規(guī)格必須依據(jù)加熱的目標(biāo)件選擇與之相匹配的。操作人員必須要對(duì)加熱片的規(guī)格，以及是電壓、功率等相關(guān)指標(biāo)非常了解。一般來(lái)說(shuō)，加熱片電壓有如下的五種，35V、55V、75V、110V、220V；其功率基于電壓的不同也會(huì)隨之發(fā)生變化[4]。在作業(yè)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際需要選擇對(duì)加熱片實(shí)施串聯(lián)或并聯(lián)。但不管怎樣連接，電壓必須控制在220V以內(nèi)，單路輸出功率必須控制在30kW以內(nèi)。如果有多路二次線輸出，還必須要盡力保證三相電平衡。

在布置熱電偶的過(guò)程中，務(wù)必要堅(jiān)決依據(jù)作業(yè)規(guī)范執(zhí)行，同時(shí)要確保熱電偶與加熱片之間的貼合度，不可出現(xiàn)二者之間有滾動(dòng)或滑動(dòng)的現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致溫度一會(huì)兒高一會(huì)兒低，加熱不均勻。應(yīng)當(dāng)充分運(yùn)用熱電偶自身具有的良好的彎曲性，使與加熱件之間保持良好的貼合狀態(tài)。

對(duì)加熱片的狀態(tài)要保持密切關(guān)注，確保其完好狀態(tài)；另外還對(duì)加熱件表面認(rèn)真檢查，確保上面沒(méi)有留下飛濺、焊瘤等物質(zhì)。加熱片的寬度，同樣需要堅(jiān)決依據(jù)作業(yè)規(guī)范執(zhí)行。如果加熱件自身厚度過(guò)大，或者形狀不規(guī)則，可以根據(jù)需求將加熱片組合在一起，使之成為繩型，這樣就能夠更好的滿足寬度要求。

保溫處理的過(guò)程中，特別是吊口位置的保溫作業(yè)，要盡量是上下溫度之間溫差最??；另外加熱件的下層保溫棉必須要比上層厚[5]。

在熱處理作業(yè)的過(guò)程中，為了確保熱處理曲線與實(shí)際狀況的符合，要保證熱處理曲線以卷為單位，同時(shí)務(wù)必要保證曲線的連續(xù)性。當(dāng)一卷曲線全部打印完成以后，在下方對(duì)焊件的相關(guān)信息，以及焊接作業(yè)的相關(guān)信息做全面的標(biāo)注。

檢驗(yàn)熱處理效果，通常依據(jù)硬度檢測(cè)的結(jié)果來(lái)判斷。根據(jù)DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)內(nèi)容，我們通常情況下認(rèn)為，只要熱處理曲線符合要求，那么焊接接頭熱處理的硬度檢測(cè)必然也是符合要求的。事實(shí)上這一判斷是缺乏依據(jù)的。熱處理曲線符合要求，事實(shí)上只能夠代表焊接過(guò)程符合要求，并不能代表焊縫硬度符合標(biāo)準(zhǔn)。焊接過(guò)程符合要求，僅僅是焊縫硬度符合要求的的一部分，只是必要條件而已。所以，我們?cè)趶?qiáng)化焊接過(guò)程監(jiān)督的同時(shí)，依然有必要就熱處理后的焊縫硬度實(shí)施必要的檢測(cè)。具體的檢測(cè)采用抽檢即可，事實(shí)上即使對(duì)每一個(gè)熱處理的焊件實(shí)施全檢，也還是抽樣檢測(cè)，因?yàn)椴豢赡軐?duì)焊縫的每一個(gè)部位都實(shí)施檢測(cè)；檢測(cè)點(diǎn)的硬度并不完全等同于焊縫所有區(qū)域的硬度。具體檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，需要熱處理人員根據(jù)實(shí)際狀況作出相關(guān)判斷。這對(duì)于熱處理人員的專業(yè)素質(zhì)、熱處理經(jīng)驗(yàn)以及工作責(zé)任心，都提出了較高的要求。

5 小結(jié)

綜上所述，焊接接頭熱處理對(duì)于焊接接頭的質(zhì)量有非常重要的影響。在改善技術(shù)的同時(shí)務(wù)必要持續(xù)推動(dòng)作業(yè)人員的綜合素質(zhì)。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，不僅僅會(huì)造成人力物力的浪費(fèi)，如果需要二次返修，甚至?xí)?duì)工程進(jìn)度造成影響。所以對(duì)其工藝必須給與高度重視。