火力發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，然后以適當的速度冷卻下來，以改善工件的焊接工藝性能和力學性能，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力，改善焊接接頭的金相組織和力學性能，如果焊縫處理不好易導致機組運行期間開裂，影響機組正常運行，甚至造成停機，導致安全事故，給企業造成巨大損失。焊接熱處理對于充分發揮金屬材料的性能潛力，延長接頭的使用壽命，提高經濟效益具有十分重要的意義。

1 焊接接頭熱處理的現狀

在火力發電廠基建過程中，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控制，檢測點的硬度合格并不意味著整個焊縫所有區域的硬度檢測都合格。所以，要求熱處理人員應有較高的理論知識、豐富的施工經驗和高度的責任心。

2 焊接接頭熱處理存在的問題及處理方法

2.1 熱處理技術人員缺乏

由于大量火力發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人員緊張，不能保證在整個焊接熱處理過程中一直有技術人員負責，也不能保證焊接熱處理質量。因此應該重視熱處理技術人員的學習培訓及培養，提高其素質水平，保證每個工作點技術人員的數量及素質滿足要求。

2.2 熱電偶未及時檢定

火力發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量影響較大。常出現熱電偶未及時檢定使熱處理溫度達不到要求，導致熱處理效果較差的現象。

熱電偶的測量是根據熱電偶測量端點與冷端點溫度差產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、測量設備有關。因此在測量之前需要對熱電偶、補償導線、加熱控溫設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誤差標定，溫度設定時扣除相應的數值。另外熱電偶在使用過程中會產生熱電勢的漂移，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材料的性質決定的，不同的材料有不同的要求。現場實際進行熱處理時，常出現由于沒有根據不同材料的性質采用有針對性的焊接熱處理，導致熱處理溫度控制不當，使熱處理不能達到滿意效果。

預熱時，普通低合金鋼和碳鋼材料預熱溫度根據壁厚可以適當提高以減小裂紋等焊接缺陷的出現。對于馬氏體鋼材料和奧氏體鋼材料，要在保證不出現焊接裂紋的前題下盡量采用低的預熱溫度，以保證焊接過程中組織的完全轉變。如果預熱溫度高于馬氏體的轉變溫度，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，根據材料的要求，最高溫度不能高于焊接材料、兩側母材的Ac1溫度的最低值，要求控制在Ac1溫度以下20～30 ℃，同時也不應超過材料供貨狀態的最終熱處理溫度。

機械行業標準和電力行業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、低合金鋼焊接構件焊后熱處理方法》中規定為大于等于670 ℃，DL/T 869-2004《火力發電廠焊接技術規程》中規定為720～750 ℃。實際熱處理過程中，發現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材料的研究中也發現取上限更容易保證最終合格的性能要求，建議在建設現場和電廠檢修過程中，嚴格按電力行業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《焊接工藝評定規程》中規定，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厚度對應的工藝參數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，在焊縫兩側將產生不對稱的熱傳導，法蘭或閥門等部件將吸收大量的熱量，即產生“冷阱效應”。在壁厚不同的部件上采用各自獨立的控溫加熱區是最理想的。在這種方法無法實現的情況下，可將加熱區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，必須通過加裝監控熱電偶來保證薄壁部件不能過熱，同時厚壁部件達到預定溫度，此時可以減小薄壁部件上的保溫層來使均溫區的正好落在預定的溫度范圍之內。采用式(1)計算加熱區寬度的方法可以確定加熱帶的偏移量。以焊縫為中心，每一側所需的加熱區寬度為：

(1)

式中：HB2是由徑向溫度差判據確定的最小加熱區寬度，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為管道的內徑，mm；SB為均溫寬度，mm。

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

2.6 異常情況處理經驗不足

熱處理過程中可能出現一系列異常情況，比如停電、設備或加熱器故障、測溫元件或裝置故障、加熱器功率不足達不到規定保持(恒溫)溫度等，遇到這些情況都應采取相應對策。

2.6.1 電源中斷時

網絡停電或電源設備故障而停止向加熱器供電時，應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。可采用雙電源供電，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定的范圍內，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，則要根據恒溫時間的長短，結合工藝試驗數據，判斷是否需要重新熱處理。也可在累加原恒溫時間的基礎上進行適當的延長。

2.6.3 測溫系統失靈時

測溫系統失靈，應先停止加熱，處理故障。如有備用測溫點，更換測溫點繼續進行工作；如沒有備用測溫點，則要根據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束或降溫時，則應立即停止加熱，重點加強保溫，盡量把冷卻速度控制在規定的范圍內，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，導致產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，溫度低于規定的范圍無論延長多少時間也不會達到熱處理質量要求,此時只能保溫緩冷后重新進行熱處理。

3 結束語

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，才能保證火力發電廠基建期間焊接接頭的熱處理質量，為機組的安全可靠長周期運行提供有力的技術保障。