火力发电厂12Cr1MoV大口径厚壁三通焊口焊接及热处理工艺研讨

中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 罗 忠

火力发电厂12Cr1MoV大口径厚壁三通焊口焊接及热处理工艺研讨

中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 罗 忠

本文通过对12Cr1MoV材质焊接性能，大口厚壁三通焊口结构特点，及此结构焊接及热处理易产生的缺陷分析，制定有针对性的焊接及热处理工艺措施，在焊接及热处理过程中严格执行及监控，获得满意的焊接及热处理工艺质量。

12Cr1MoV；大口径厚壁三通焊口；焊接及热处理

0 引言

12Cr1MoV钢是一种普通珠光体低合金耐热国产钢材，目前广泛应用于火力发电厂运行介质温度小于540℃的管道、管件及阀门上，其在施工现场存在大量的安装焊口，其焊接及热处理工艺较为成熟。大口径厚壁三通焊口（外径大于273mm，壁厚大于50mm）在火电厂现场安装焊口中属于特殊结构，其安装焊口在焊接及热处理容易产生应力集中和温度不均匀分布，一旦其焊接及热处理工艺无较强的针对性，容易发生焊接热处理后硬度过高，在焊接过程中或热处理后某一阶段产生裂纹而造成管道爆漏现象。

1 12Cr1MoV大口径厚壁三通焊口焊接及热处理工艺性能分析

1.1 大口径厚壁三通焊口结构特点

其特点如下：三通处可能不等径，多数情况下，主管直径大于支管直径（DN1≥DN2）；三通伸出长度较短，多数情况下，三通伸出长度A≤200mm。主管和支管壁厚相差较大，多数情况下主管及支管厚度差δ2-δ1≥20mm。

1.2 12Cr1MoV钢材质特点

12Cr1MoV钢合金成分及力学性能。

合金成分表

力学性能表

12Cr1MoV钢组织：铁素体+珠光体+少量碳化物；12Cr1MoV钢焊接性能及再热裂纹倾向：12Cr1MoV钢已运用多年，其焊接性能良好，已形成成熟的焊接及热处理工艺；12Cr1MoV钢在500-700℃时容易在应力的作用下容易产生再热裂纹倾向。

1.3 12Cr1MoV大口径厚壁三通焊口焊接及热处理工艺性能特点分析

由于三通处特殊结构，其在焊接及热处理过程中温度变化及应力分布是不均匀的，具体来说，管壁厚度越大，主管及支管壁厚相差越大，三通伸出的长度越短，其焊接及热处理过程中管道内外壁温差越大，三通两侧母材的温差越大，三通母管侧温度呈陡降特性，其应力越大。

对此结构现场安装焊口采用常规的焊接及热处理工艺会在焊接过程中产生较大的焊接应力，三通母管侧焊缝及热影响区在热处理过程中得不到应有金属组织，其焊接应力得不到消除，容易在500-700℃加热范围内产生再热裂纹。

12Cr1MoV三通再热裂纹一般发生在三通母管侧，有一定的时效性，在焊接过程中、焊接热处理后、管道试压后、机组运行一段时间后再热裂纹均会在应力的作用下扩展，很可能会出现管道爆漏情况，对机组运行造成较大安全隐患。

2 12Cr1MoV大口径厚壁三通焊口焊接及热处理工艺

2.1 焊接及热处理工艺要点

确保焊口不强力对口，减少外在应力；预热及热处理过程中采取分区控温、辅助加热方式；采取较低的升降温速度，较长的恒温时间，三通靠母管侧采取较宽的保温及加热宽度确保焊口两侧及内外壁温度均匀；焊接时减少焊接线能量输入以降低焊接应力；热处理加热时在再热裂纹敏感温度500℃下恒温一段时间，有利于加热范围内金属以正常速度通过再热裂纹温度敏感区域；加强焊前及焊后检验，发现缺陷及时消除。

2.2 焊前检查及施工准备

焊接前应对三通区域母材进行检查，如三通区域有厂家焊缝，需对三通引出段进行着色或磁粉检查，并按一定比例做金相检查，确保制造厂家管道母材符合要求。三通焊口组装顺序尽量不要为最后一个焊口，组装时确保其能自由伸缩膨胀，避免组装造成应力过大的情况。

2.3 焊前预热

焊前预热及热处理采用远红外辐射加热，加热设备为DWK-360远红外微电脑温控设备，加热装置为绳状加热带，加热分区布置，主加热区为焊口两侧，辅助加热区为三通两侧。

测温方式：热电偶测温，热电偶安装在焊缝靠三通母管侧，尽量靠近坡口。预热参数：加热温度280℃，升降温速度=6250/δ ℃/ h(δ为三通母管一侧非过渡段壁厚)。恒温时间：焊接前必须用远红外测温枪对焊缝内壁坡口温度进行测量，焊缝内壁坡口温度高于200℃，内外壁温差低于50℃为合格，可以开始焊接。

2.4 焊接工艺及注意事项

焊接方法：TIG+SMAW( 氩弧焊+焊条电弧焊)

焊接材料：氩弧焊丝：TIG-R31 Φ2.5 电焊条：R317 Φ3.2 4.0

焊接工艺参数为：第1、2层采用氩弧焊，焊接电流为110-120A；第三层采用电焊焊接，Φ3.2焊条，焊接电流为115-130A；中间各层道采用电焊焊接，Φ4.0焊条，焊接电流为140-160A；盖面各层道采用电焊焊接，Φ3.2焊条，焊接电流为110-120A。

焊接注意事项：管子应采用对称焊接，管子两侧焊工所采用的焊接工艺参数及焊接速度应基本保持一致，同时注意不得两人同时在一处收头，以免局部温度过高影响施焊质量。围内施焊过程中，严格控制焊接层间温度，用远红外测温枪进行测温，焊接层间温度范围控制在200～350℃；温度不在此范围内，必须进行加热或停焊冷却。焊工操作技术要熟练，认真观察熔化状态，施焊中应特别注意接头起弧收弧处的焊接质量，保证熔合良好，收弧时应将熔池填满，以避免出现弧坑裂纹。单层焊道厚度不大于所用焊条直径，单层焊道宽度不大于所用焊条直径的4倍。每层或每道焊缝焊接完毕后，应用钢丝刷或砂轮机将焊渣飞溅等杂物清理干净（中间接头和坡口边缘尤应注意）。

2.5 后热

焊缝区域壁厚大于等于70mm焊至20mm时需停焊检验，检验应在后热后进行，后热工艺为加热温度为300℃-350℃ ,保温时间为2h-4h。

2.6 焊后热处理

焊后热处理加热装置布置和焊前预热布置相似，三通靠母管侧采用环形布置，依照现场实际位置情况尽量加大加热宽度，三通靠母管侧含辅助加热区域全部保温。控温热电偶固定在焊缝中心位置，两侧主加热区布置监测热电偶，辅助加热区布置一支热电偶，其升降温速度=6250/ δ ℃/h(δ为三通处母管一侧非过渡段壁厚)，主加热区热处理加热温度为720-750℃，恒温时间为壁厚20mm恒1h。辅助加热区恒温温度为485℃，恒温时间主加热区为主加热区升温及恒温高于485℃温度区间的时间。

2.7 焊后检验

此结构焊缝在焊接热处理后需做100%的无损检验，三通靠母材侧表面做磁粉或着色检查，焊缝及热影响区做100%的硬度检查，做一定比例的金相检查。

3 结束语

近年来，12Cr1MoV大口径厚壁三通焊口焊接质量事件频出，大多为焊缝区域硬度偏高，焊缝及热影响区金相组织不合格，三通靠母管熔合线区域断裂、裂纹，三通靠母管热影响区裂纹。很多情况是焊后无损检验合格，而在水压试验或运行一段时间后出现裂纹，给机组安全运行带来隐患的同时，造成的经济损失及返工的难度极大。采取有针对性的焊接及热处理工艺可以有效避免此类现象发生。对于各种材质三通、接管座等焊缝两侧差异较大特殊结构焊接时，我们也应该举一反三，采取有针对性的工艺措施，以获得满意的现场安装质量。

[1]《火力发电厂焊接技术规程》DLT 869-2012.

[2]《火力发电厂焊接热处理技术规程》DLT 819-2010.

罗忠(1976一)，男，湖南常德人，大学本科，助理工程师，主要从事火电建设焊接管道专业安装。