火力發(fā)電廠承壓管道焊接接頭熱處理分析

關志強

沈陽特種設備檢測研究院 遼寧沈陽 110000

電站內(nèi)有大量的高溫高壓管道，而大部分管道都將珠光體耐熱鋼作為主要材料，在對耐熱鋼進行焊接處理后，其會產(chǎn)生一定的殘余應力。由于焊接過程中溫度梯度較大，焊縫以及熔合區(qū)、熱影響區(qū)會出現(xiàn)一些淬硬組織。同時，焊接過程中還會有殘留的氫存在于焊縫中，從而降低管道接頭的塑性。另外，當熔合線被加熱到一定的程度后，也會形成軟化區(qū)，這都會對管道的焊接質(zhì)量造成影響。電站應該結合實際情況，選擇合適的熱處理設備，以此提高熱處理效果，確保管道焊接的質(zhì)量[1]。

1 承壓管道焊接工藝

1.1 焊接方法

承壓管道的使用范圍比較廣泛，所以焊接方法也相對比較成熟，比較適應的焊接方法有氣焊、焊條電弧焊、埋弧焊、等離子焊等。對于不銹鋼復合鋼板的焊接方法，焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、埋弧焊是比較常用的方法。在實際焊接過程中，還應該根據(jù)工件的結構形式、形狀以及焊接位置等條件來選擇適宜的焊接方法。比如有些換熱器中的管箱和浮頭蓋基本都是復合材料，且焊接空間有限，直焊縫不長，就可以采取雙面焊的形式。使用焊條電弧焊的焊接方法，操作比較簡單，受焊件形狀與焊接位置的影響較小，焊接成本低且焊接品質(zhì)高。所以焊接方法的確定比較靈活，要根據(jù)實際情況具體分析采用哪種焊接方法更適合，從經(jīng)濟性、可行性、簡便性等方面綜合考慮，但是最基本的要素是保證焊接質(zhì)量。

1.2 焊接坡口制備、形式與接頭組對

焊接前，將坡口表面的油污、銹跡和灰塵等清除干凈，可在不銹鋼坡口兩側采取一定的防護措施。坡口的形式一般有V形、X形、V和U聯(lián)合形，在具體選擇坡口形式時應該充分考慮到焊接過渡層的特點。X形坡口比較常見，可以采用雙面焊的形式，焊接順序為先焊基層、再焊過渡層，最后焊復層。在實際焊接過程中，為了提高復層焊縫的耐腐蝕性能，降低復層表面的鏟磨工作量，避免復層焊縫多次受熱，應該盡量減少復層焊接的工作量。復層是焊件組對的參考基準，所以應該嚴格控制復層錯邊量的誤差，避免因為錯邊量過大而降低復層的焊縫質(zhì)量。

2 熱處理實際操作

2.1 熱處理要求

如熱處理前法蘭有法蘭蓋保護，熱處理之后法蘭的保護措施應當恢復。螺栓連接材料及電鍍的或鍍鋅的部件不允許進行焊后熱處理。當采用局部熱處理時，最小加熱區(qū)域為焊縫兩側起25mm或3倍焊縫厚度，取最大值。加熱片的最大環(huán)向間隙不能超過30mm，最大縱向間隙不能超過50mm。加熱片不能重疊。熱處理工件應包裹隔熱毯，以確保在加熱帶之外的溫度場處于逐漸遞減狀態(tài)。石棉不能用作隔熱材料。加熱器件兩端起至少300mm范圍內(nèi)，應包裹至少2層隔熱毯。工件溫度低于150℃之前，不允許去除保溫材料。如需要，管線兩頭應使用防火棉封蓋以避免熱處理過程中管內(nèi)空氣流通循環(huán)[2]。

2.2 斷裂韌性

斷裂韌性是衡量韌性較常用的指標，表示材料阻抗斷裂的能力。材料的斷裂力學承認，材料中存在著由各種缺陷構成的微裂紋。在外力的作用下，這些微裂紋的擴展導致材料的斷裂。為避免出現(xiàn)裂縫紋路，可以將金屬晶體內(nèi)部的位置有效錯開，減少錯位數(shù)量，讓金屬材料更加堅硬。強化晶體硬度是控制錯位的重要手段，有利于材料韌性的塑造。在熱處理過程中，要保證足夠的溫度，推動結晶的形成。如果缺少應力、溫度，就難以確保材料減少錯位數(shù)量，不利于結晶的實現(xiàn)。因此，溫度與金屬熱處理成果具有密切的關聯(lián)。

2.3 科學應用淬火工藝

淬火工藝是金屬材料熱處理工藝流程中最核心的工序，具有極為重要的作用。如果淬火介質(zhì)使用不當，就會造成金屬材料內(nèi)部應力的變化失調(diào)，最終影響整個材料的結構和形狀。故在熱處理過程中，應盡可能減少失誤，這就要求相關工作人員必須深入探究節(jié)能高效、綠色環(huán)保的高性能淬火工藝，并加以科學運用。主要方法：①在淬火冷卻的過程中，必須科學合理地調(diào)節(jié)冷卻的速度，才能降低材料變形的可能性。②采用合適的介質(zhì)。水和油是較為常用的淬火介質(zhì)。通常情況下，水溫應該控制在55-65℃，而油溫一般控制在60-80℃，同時需提高淬火的速度，以確保最終的冷卻效果。研究表明，在同樣的條件下，水性介質(zhì)比油性介質(zhì)的冷卻速度要快一些，水溫變化對水性介質(zhì)冷卻特性的影響較大，油性介質(zhì)相對水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對小，故從長期穩(wěn)定性方面考慮，應使用油性介質(zhì)[3]。

2.4 科學冷卻

金屬材料熱處理以單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火以及等溫淬火等比較常見。單介質(zhì)淬火就是在一種介質(zhì)中冷卻淬火零件，操作簡便，易實現(xiàn)機械化與自動化，工作效率高，但難于控制淬火速度，極易導致金屬材料變形開裂等。雙介質(zhì)淬火是以特殊介質(zhì)為支持實現(xiàn)快速冷卻，淬火零件溫度可迅速下降至300℃，在2-3min保溫處理后，放置于低冷卻速度的介質(zhì)中，實施二次冷卻處理。冷卻速度不同的情況下，冷卻介質(zhì)也存在一定差異。

3 結語

綜上所述，論文主要介紹了電站管道熱處理的基本作用，并闡述了影響焊接熱處理的因素以及焊接熱處理的標準，最后對焊接熱處理設備進行總結，希望能夠進一步提高電站內(nèi)焊接熱處理質(zhì)量，提升機組的整體可靠性。