大型火電焊接施工中焊接熱處理的主要問題和技術措施研究

李志堅

（中國電建集團湖北工程有限公司，湖北武漢 430040）

對鋼制焊件施以有效焊接和熱處理，對于提高火電焊接施工質量有良好促進作用。但在現場執行中，因為人為因素或者工藝問題，焊接熱處理的實際操作會出現較大的問題，對于這類問題必須重點關注、及早處理，避免問題擴大化。故在火電焊接施工中，如何讓焊接工作的執行性更加規范，如何讓現場操作性得到提升，如何讓熱處理技術被充分認識，這些方面是施工人員必須重視和關注的問題。

1 焊接熱處理的主要問題

1.1 設備問題

設備問題包括材料、設備安裝和導向補償等問題。材料問題多是由材料潮濕引起，在焊接熱處理中，如果材料保護力度不到位，導致加熱用保溫材料過于潮濕，水滴會大量凝聚引起線路短路[1]。施工人員在完成焊接熱處理后，使用潮濕的熱處理材料包上，此時就會引起變相淬火以及電路故障。

設備安裝問題一般表現為控溫區的數量不足，以及熱電偶布置不到位。在執行焊接熱處理的過程中，當進行水平布置管道的后熱或者焊后熱處理時，會引起對流并導致管子的上部溫度高于下部溫度，如在設備安裝時，僅在管子上部設置有一個控溫加熱區，這種加熱方式會讓內壁溫度大幅度降低，造成管子下部的某些部位發生回火不到位問題。除數量和分布上的問題外，一些設備由于本身的構造，在焊接時也容易發生問題。例如在三通、管座、閥門連接管等，這些部件的焊接屬于異形焊接，焊接接頭在焊后熱處理中因為結構原因，金屬材料中體積較大的一側吸收比體積較小一側更多的熱量，焊縫的兩側會出現不對稱的熱傳導，威脅焊件穩定。

導線補償問題通常是因為人員不重視而引起，例如在補償導線與熱電偶線的連接時，操作人員采取極性反接，引起繼電保護層裝置的拒動或者誤動，又或者采用保溫棉包裹補償導線與熱電偶的接頭，造成補償導線與熱電偶的兩個接頭，補償導線與儀表端子的兩個接頭處在不同的環境溫度中，補償導線在連接中發生折彎等，這些問題均會影響到焊接熱處理的工藝質量，并對火電焊接施工帶來負面性的影響。

1.2 人為因素

人為因素的復雜程度較高，操作人員的資質不足、操作人員使用的方式不當、操作人員沒有按照安全規定著裝等等，這些人為因素都有一定概率引起焊接熱處理事故[2]。例如在安全防護上，如果焊接熱處理加熱方法是采用感應加熱，則需要負責熱處理施工的人員做好個人防護。如果施工人員在執行焊接熱處理加工時沒有采取電磁輻射防護措施，不僅會影響到操作過程和處理結果，還會增加職業病的發生率，對施工人員的個人健康造成負面性的影響。又如在預熱和后熱中，施工人員沒有遵守操作規定，預熱階段沒有留出緩沖期、焊件坡口外熱電偶達到預熱溫度后立刻進行焊接，后熱階段在焊接工作中斷或者停止后沒有及時采取冷卻措施，這些做法均會影響焊接熱處理的效果，導致焊接出現裂紋、變形等問題。

1.3 工藝問題

在焊接熱處理中，如果兩側母材為異種鋼且均是非奧氏體型鋼，那么預熱溫度應按母材預熱溫度高的選擇，焊后熱處理溫度應按加熱溫度要求較低側的加熱溫度上限來確定。但對于恒溫時間的選擇，當前卻沒有完善的規定為操作人員提供工藝操作指導，因此如何選擇恒溫時間只能依賴操作人員的個人經驗，這無疑增加了焊接熱處理的不確定性[3]。同時，在制定焊后熱處理的工藝方案后，還要考慮到管道運行可能會對焊縫以及母材性能造成的影響，閥體在進行熱處理時，閥門閥件、密封件等在熱處理溫度下可能出現的變化等。如果沒有考慮到這些因素，最終的焊接熱處理措施會出現不完善、不全面等問題。此外，在規程中雖然對外徑D、壁厚δ的比值和加熱寬度選擇之間的邏輯關聯給出了明確的規定，但是具體到現場操作中，因為施工隊伍多采取柔性陶瓷電阻加熱，加熱寬度的變數較大，所以加熱裝置的選擇仍然棘手，對施工人員的個人能力和操作經驗提出了嚴苛要求。

2 焊接熱處理中的糾正技術措施

2.1 設備糾正技術

在施工過程中，要注意設備的干燥處理，施工人員需嚴格遵從并執行規程要求，將熱處理用的保溫材料進行干燥，在包上前，要檢查保溫材料是否有水珠，避免引發變相淬火問題[4]。

針對焊接熱處理中的熱電偶分布問題和數量問題，施工人員要根據加熱帶控制區的大小，增加加熱帶控制區周向的分布數量，通過數量增加來減少溫度偏差。根據管道尺寸的區別，控溫加熱區數量和熱電偶位置也會有所差別，具體如表1所示。

表1 不同尺寸管道的控溫加熱區數量和熱電偶位置

對于異形件焊接，在處理過程中，施工人員要盡可能將加熱帶中心往下側進行偏移，讓熱流得到平衡，如果加熱帶中有60%的部分是布置到焊縫下部，則保溫向焊縫下部偏移。同時要有至少三支熱電偶沿圓周以均勻方式分布開，三支熱電偶中，除焊縫中心布置一支，其余兩支安裝到焊縫上下部距焊縫邊緣的1倍壁厚處，并做好對溫度設定值的檢測。

在補償導線與熱電偶線連接時，為了避免發生拒動或者誤動問題，施工人員要檢測并確保極性的正確，在進行連接時也要注意接線的連接是否可靠。補償導線與熱電偶、補償導線與儀表端子的兩個接頭要保證環境溫度一致，不能出現溫度差異。在使用和儲存的過程中，施工人員要盡量避免因為設備運作對補償導線造成損傷。如果檢查到補償導線有小曲率半徑彎曲、冷加工和過度的繞卷，那么需要立即進行更換，避免其影響到火電設備的運行穩定。

2.2 人為因素控制措施

施工隊伍需要結合焊接熱處理施工的要求制定完整的施工人員考核標準，依照考核結果，對負責焊接熱處理的施工人員進行等級劃分，并根據人員等級攤分彼此的職責和任務[5]。在具體的施工過程中，施工隊伍的管理人員要定期對施工人員的工作資格進行審查和考核，同時注意加強培訓，讓施工人員的施工技術得到提高。對于工頻電場、磁場等作業場所，負責人也要懸掛警示標識，提醒施工人員注意電磁輻射防護，如果場所的電場強度和電磁強度都超過了安全標準，那么在入場焊接之前，管理人員必須督促負責焊接熱處理的工作人員穿戴好防護服、防護帽、輻射劑量儀等防護用品和設備，讓施工人員在施工期間的個人安全得到保障。在焊接熱處理的具體操作上，施工人員要注意時間和溫度的把控，預熱時要注意緩沖期的設置，在焊件坡口外熱電偶達到預熱溫度后，施工人員不能馬上焊接，應靜待一段時間，用測溫儀進行測溫，確保在緩沖期中坡口待焊部位的溫度一直保持要求溫度，此時才能進行焊接。施工人員要仔細檢查焊件，有冷裂紋傾向的焊件，當焊接施工停滯后，如不能及時進行焊后熱處理，應立即進行后熱。在后熱執行中，施工人員要將加熱溫度控制在300～400 ℃，保溫時間要控制2～4 h，如果因為特殊原因，施工人員必須進行重新焊接，那么焊接前也要重新預熱，再次進行的預熱工藝要和最初的預熱工藝保持一致。

2.3 工藝糾正方案

對于工藝的改進要結合材料、焊接措施進行配合性調整，如異種鋼焊后熱處理中的恒溫時間選擇和確定是一個棘手問題，傳統工藝方案中幾乎是依賴于施工人員的個人經驗進行判斷。但隨著研究的逐漸深入發現，異種鋼焊后熱處理時，延長保溫時間，那么殘余應力會逐漸趨于恒定。因此如果兩側均屬于非奧氏體型鋼，施工人員在恒溫時間的選擇上要基于合金成分的厚度來計算和選取恒溫時間[6]。

對于焊后熱處理的質量控制，施工人員應在熱處理前和熱處理后對母材、焊縫和熱影響區進行兩次檢驗。當焊縫硬度高于規定值時，應重新進行焊后熱處理且不超過3次；當焊縫硬度低于規定值時，或金相組織檢驗判定超過相變溫度出現異常組織的焊縫時，一般應割掉焊接接頭、重新焊接，除非現場可以實施正火加回火熱處理措施。

在柔性陶瓷電阻加熱上，施工人員必須要計算出加熱功率，根據加熱功率來選擇合適的柔性陶瓷加熱片，依據柔性陶瓷加熱片的尺寸驗證加熱寬度。常用的加熱功率算法為簡易算法，如公式（1）所示：

式（1）中，P為加熱功率，D和δ為管子外徑和管子壁厚，A為系數，t為加熱溫度，KW 為絕緣消耗系數，根據式（1）求出加熱功率，在根據加熱功率來驗證加熱寬度，以此得到的結果就更符合焊接要求，也能讓焊接熱處理質量更加良好。

3 結語

綜上所述，在火電的焊接熱處理中，設備、操作方法、工藝方案是易出現問題的部分，施工人員在焊接熱處理時需要注意這些環節，通過合理的設備安裝、選擇、溫度控制，以及對操作方法、施工方案的改進，保證焊接熱處理質量，從而確?；痣姀S的安全穩定運行。