大型火電焊接施工中焊接熱處理的主要問題和技術(shù)措施研究

李志堅(jiān)

（中國電建集團(tuán)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(zhì)量有良好促進(jìn)作用。但在現(xiàn)場執(zhí)行中，因?yàn)槿藶橐蛩鼗蛘吖に噯栴}，焊接熱處理的實(shí)際操作會出現(xiàn)較大的問題，對于這類問題必須重點(diǎn)關(guān)注、及早處理，避免問題擴(kuò)大化。故在火電焊接施工中，如何讓焊接工作的執(zhí)行性更加規(guī)范，如何讓現(xiàn)場操作性得到提升，如何讓熱處理技術(shù)被充分認(rèn)識，這些方面是施工人員必須重視和關(guān)注的問題。

1 焊接熱處理的主要問題

1.1 設(shè)備問題

設(shè)備問題包括材料、設(shè)備安裝和導(dǎo)向補(bǔ)償?shù)葐栴}。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(hù)力度不到位，導(dǎo)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(shí)就會引起變相淬火以及電路故障。

設(shè)備安裝問題一般表現(xiàn)為控溫區(qū)的數(shù)量不足，以及熱電偶布置不到位。在執(zhí)行焊接熱處理的過程中，當(dāng)進(jìn)行水平布置管道的后熱或者焊后熱處理時(shí)，會引起對流并導(dǎo)致管子的上部溫度高于下部溫度，如在設(shè)備安裝時(shí)，僅在管子上部設(shè)置有一個(gè)控溫加熱區(qū)，這種加熱方式會讓內(nèi)壁溫度大幅度降低，造成管子下部的某些部位發(fā)生回火不到位問題。除數(shù)量和分布上的問題外，一些設(shè)備由于本身的構(gòu)造，在焊接時(shí)也容易發(fā)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?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原因，金屬材料中體積較大的一側(cè)吸收比體積較小一側(cè)更多的熱量，焊縫的兩側(cè)會出現(xiàn)不對稱的熱傳導(dǎo)，威脅焊件穩(wěn)定。

導(dǎo)線補(bǔ)償問題通常是因?yàn)槿藛T不重視而引起，例如在補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶線的連接時(shí)，操作人員采取極性反接，引起繼電保護(hù)層裝置的拒動或者誤動，又或者采用保溫棉包裹補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的接頭，造成補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的兩個(gè)接頭，補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表端子的兩個(gè)接頭處在不同的環(huán)境溫度中，補(bǔ)償導(dǎo)線在連接中發(fā)生折彎等，這些問題均會影響到焊接熱處理的工藝質(zhì)量，并對火電焊接施工帶來負(fù)面性的影響。

1.2 人為因素

人為因素的復(fù)雜程度較高，操作人員的資質(zhì)不足、操作人員使用的方式不當(dāng)、操作人員沒有按照安全規(guī)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(hù)上，如果焊接熱處理加熱方法是采用感應(yīng)加熱，則需要負(fù)責(zé)熱處理施工的人員做好個(gè)人防護(hù)。如果施工人員在執(zhí)行焊接熱處理加工時(shí)沒有采取電磁輻射防護(hù)措施，不僅會影響到操作過程和處理結(jié)果，還會增加職業(yè)病的發(fā)生率，對施工人員的個(gè)人健康造成負(fù)面性的影響。又如在預(yù)熱和后熱中，施工人員沒有遵守操作規(guī)定，預(yù)熱階段沒有留出緩沖期、焊件坡口外熱電偶達(dá)到預(yù)熱溫度后立刻進(jìn)行焊接，后熱階段在焊接工作中斷或者停止后沒有及時(shí)采取冷卻措施，這些做法均會影響焊接熱處理的效果，導(dǎo)致焊接出現(xiàn)裂紋、變形等問題。

1.3 工藝問題

在焊接熱處理中，如果兩側(cè)母材為異種鋼且均是非奧氏體型鋼，那么預(yù)熱溫度應(yīng)按母材預(yù)熱溫度高的選擇，焊后熱處理溫度應(yīng)按加熱溫度要求較低側(cè)的加熱溫度上限來確定。但對于恒溫時(shí)間的選擇，當(dāng)前卻沒有完善的規(guī)定為操作人員提供工藝操作指導(dǎo)，因此如何選擇恒溫時(shí)間只能依賴操作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，這無疑增加了焊接熱處理的不確定性[3]。同時(shí)，在制定焊后熱處理的工藝方案后，還要考慮到管道運(yùn)行可能會對焊縫以及母材性能造成的影響，閥體在進(jìn)行熱處理時(shí)，閥門閥件、密封件等在熱處理溫度下可能出現(xiàn)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(xiàn)不完善、不全面等問題。此外，在規(guī)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(guān)聯(lián)給出了明確的規(guī)定，但是具體到現(xiàn)場操作中，因?yàn)槭┕り?duì)伍多采取柔性陶瓷電阻加熱，加熱寬度的變數(shù)較大，所以加熱裝置的選擇仍然棘手，對施工人員的個(gè)人能力和操作經(jīng)驗(yàn)提出了嚴(yán)苛要求。

2 焊接熱處理中的糾正技術(shù)措施

2.1 設(shè)備糾正技術(shù)

在施工過程中，要注意設(shè)備的干燥處理，施工人員需嚴(yán)格遵從并執(zhí)行規(guī)程要求，將熱處理用的保溫材料進(jìn)行干燥，在包上前，要檢查保溫材料是否有水珠，避免引發(fā)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(shù)量問題，施工人員要根據(jù)加熱帶控制區(qū)的大小，增加加熱帶控制區(qū)周向的分布數(shù)量，通過數(shù)量增加來減少溫度偏差。根據(jù)管道尺寸的區(qū)別，控溫加熱區(qū)數(shù)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(qū)數(shù)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(cè)進(jìn)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(shí)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(shè)定值的檢測。

在補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶線連接時(shí)，為了避免發(fā)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(jìn)行連接時(shí)也要注意接線的連接是否可靠。補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表端子的兩個(gè)接頭要保證環(huán)境溫度一致，不能出現(xiàn)溫度差異。在使用和儲存的過程中，施工人員要盡量避免因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)作對補(bǔ)償導(dǎo)線造成損傷。如果檢查到補(bǔ)償導(dǎo)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(jìn)行更換，避免其影響到火電設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定。

2.2 人為因素控制措施

施工隊(duì)伍需要結(jié)合焊接熱處理施工的要求制定完整的施工人員考核標(biāo)準(zhǔn)，依照考核結(jié)果，對負(fù)責(zé)焊接熱處理的施工人員進(jìn)行等級劃分，并根據(jù)人員等級攤分彼此的職責(zé)和任務(wù)[5]。在具體的施工過程中，施工隊(duì)伍的管理人員要定期對施工人員的工作資格進(jìn)行審查和考核，同時(shí)注意加強(qiáng)培訓(xùn)，讓施工人員的施工技術(shù)得到提高。對于工頻電場、磁場等作業(yè)場所，負(fù)責(zé)人也要懸掛警示標(biāo)識，提醒施工人員注意電磁輻射防護(hù)，如果場所的電場強(qiáng)度和電磁強(qiáng)度都超過了安全標(biāo)準(zhǔn)，那么在入場焊接之前，管理人員必須督促負(fù)責(zé)焊接熱處理的工作人員穿戴好防護(hù)服、防護(hù)帽、輻射劑量儀等防護(hù)用品和設(shè)備，讓施工人員在施工期間的個(gè)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(shí)間和溫度的把控，預(yù)熱時(shí)要注意緩沖期的設(shè)置，在焊件坡口外熱電偶達(dá)到預(yù)熱溫度后，施工人員不能馬上焊接，應(yīng)靜待一段時(shí)間，用測溫儀進(jìn)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(shí)才能進(jìn)行焊接。施工人員要仔細(xì)檢查焊件，有冷裂紋傾向的焊件，當(dāng)焊接施工停滯后，如不能及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理，應(yīng)立即進(jìn)行后熱。在后熱執(zhí)行中，施工人員要將加熱溫度控制在300～400 ℃，保溫時(shí)間要控制2～4 h，如果因?yàn)樘厥庠?，施工人員必須進(jìn)行重新焊接，那么焊接前也要重新預(yù)熱，再次進(jìn)行的預(yù)熱工藝要和最初的預(yù)熱工藝保持一致。

2.3 工藝糾正方案

對于工藝的改進(jìn)要結(jié)合材料、焊接措施進(jìn)行配合性調(diào)整，如異種鋼焊后熱處理中的恒溫時(shí)間選擇和確定是一個(gè)棘手問題，傳統(tǒng)工藝方案中幾乎是依賴于施工人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。但隨著研究的逐漸深入發(fā)現(xiàn)，異種鋼焊后熱處理時(shí)，延長保溫時(shí)間，那么殘余應(yīng)力會逐漸趨于恒定。因此如果兩側(cè)均屬于非奧氏體型鋼，施工人員在恒溫時(shí)間的選擇上要基于合金成分的厚度來計(jì)算和選取恒溫時(shí)間[6]。

對于焊后熱處理的質(zhì)量控制，施工人員應(yīng)在熱處理前和熱處理后對母材、焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行兩次檢驗(yàn)。當(dāng)焊縫硬度高于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行焊后熱處理且不超過3次；當(dāng)焊縫硬度低于規(guī)定值時(shí)，或金相組織檢驗(yàn)判定超過相變溫度出現(xiàn)異常組織的焊縫時(shí)，一般應(yīng)割掉焊接接頭、重新焊接，除非現(xiàn)場可以實(shí)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(jì)算出加熱功率，根據(jù)加熱功率來選擇合適的柔性陶瓷加熱片，依據(jù)柔性陶瓷加熱片的尺寸驗(yàn)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(shù)，t為加熱溫度，KW 為絕緣消耗系數(shù)，根據(jù)式（1）求出加熱功率，在根據(jù)加熱功率來驗(yàn)證加熱寬度，以此得到的結(jié)果就更符合焊接要求，也能讓焊接熱處理質(zhì)量更加良好。

3 結(jié)語

綜上所述，在火電的焊接熱處理中，設(shè)備、操作方法、工藝方案是易出現(xiàn)問題的部分，施工人員在焊接熱處理時(shí)需要注意這些環(huán)節(jié)，通過合理的設(shè)備安裝、選擇、溫度控制，以及對操作方法、施工方案的改進(jìn)，保證焊接熱處理質(zhì)量，從而確?；痣姀S的安全穩(wěn)定運(yùn)行。