火力发电厂承压管道焊接接头热处理分析

2020-11-27关志强

商品与质量 2020年26期

关志强

沈阳特种设备检测研究院辽宁沈阳 110000

电站内有大量的高温高压管道，而大部分管道都将珠光体耐热钢作为主要材料，在对耐热钢进行焊接处理后，其会产生一定的残余应力。由于焊接过程中温度梯度较大，焊缝以及熔合区、热影响区会出现一些淬硬组织。同时，焊接过程中还会有残留的氢存在于焊缝中，从而降低管道接头的塑性。另外，当熔合线被加热到一定的程度后，也会形成软化区，这都会对管道的焊接质量造成影响。电站应该结合实际情况，选择合适的热处理设备，以此提高热处理效果，确保管道焊接的质量[1]。

1 承压管道焊接工艺

1.1 焊接方法

承压管道的使用范围比较广泛，所以焊接方法也相对比较成熟，比较适应的焊接方法有气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、等离子焊等。对于不锈钢复合钢板的焊接方法，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧焊是比较常用的方法。在实际焊接过程中，还应该根据工件的结构形式、形状以及焊接位置等条件来选择适宜的焊接方法。比如有些换热器中的管箱和浮头盖基本都是复合材料，且焊接空间有限，直焊缝不长，就可以采取双面焊的形式。使用焊条电弧焊的焊接方法，操作比较简单，受焊件形状与焊接位置的影响较小，焊接成本低且焊接品质高。所以焊接方法的确定比较灵活，要根据实际情况具体分析采用哪种焊接方法更适合，从经济性、可行性、简便性等方面综合考虑，但是最基本的要素是保证焊接质量。

1.2 焊接坡口制备、形式与接头组对

焊接前，将坡口表面的油污、锈迹和灰尘等清除干净，可在不锈钢坡口两侧采取一定的防护措施。坡口的形式一般有V形、X形、V和U联合形，在具体选择坡口形式时应该充分考虑到焊接过渡层的特点。X形坡口比较常见，可以采用双面焊的形式，焊接顺序为先焊基层、再焊过渡层，最后焊复层。在实际焊接过程中，为了提高复层焊缝的耐腐蚀性能，降低复层表面的铲磨工作量，避免复层焊缝多次受热，应该尽量减少复层焊接的工作量。复层是焊件组对的参考基准，所以应该严格控制复层错边量的误差，避免因为错边量过大而降低复层的焊缝质量。

2 热处理实际操作

2.1 热处理要求

如热处理前法兰有法兰盖保护，热处理之后法兰的保护措施应当恢复。螺栓连接材料及电镀的或镀锌的部件不允许进行焊后热处理。当采用局部热处理时，最小加热区域为焊缝两侧起25mm或3倍焊缝厚度，取最大值。加热片的最大环向间隙不能超过30mm，最大纵向间隙不能超过50mm。加热片不能重叠。热处理工件应包裹隔热毯，以确保在加热带之外的温度场处于逐渐递减状态。石棉不能用作隔热材料。加热器件两端起至少300mm范围内，应包裹至少2层隔热毯。工件温度低于150℃之前，不允许去除保温材料。如需要，管线两头应使用防火棉封盖以避免热处理过程中管内空气流通循环[2]。

2.2 断裂韧性

断裂韧性是衡量韧性较常用的指标，表示材料阻抗断裂的能力。材料的断裂力学承认，材料中存在着由各种缺陷构成的微裂纹。在外力的作用下，这些微裂纹的扩展导致材料的断裂。为避免出现裂缝纹路，可以将金属晶体内部的位置有效错开，减少错位数量，让金属材料更加坚硬。强化晶体硬度是控制错位的重要手段，有利于材料韧性的塑造。在热处理过程中，要保证足够的温度，推动结晶的形成。如果缺少应力、温度，就难以确保材料减少错位数量，不利于结晶的实现。因此，温度与金属热处理成果具有密切的关联。

2.3 科学应用淬火工艺

淬火工艺是金属材料热处理工艺流程中最核心的工序，具有极为重要的作用。如果淬火介质使用不当，就会造成金属材料内部应力的变化失调，最终影响整个材料的结构和形状。故在热处理过程中，应尽可能减少失误，这就要求相关工作人员必须深入探究节能高效、绿色环保的高性能淬火工艺，并加以科学运用。主要方法：①在淬火冷却的过程中，必须科学合理地调节冷却的速度，才能降低材料变形的可能性。②采用合适的介质。水和油是较为常用的淬火介质。通常情况下，水温应该控制在55-65℃，而油温一般控制在60-80℃，同时需提高淬火的速度，以确保最终的冷却效果。研究表明，在同样的条件下，水性介质比油性介质的冷却速度要快一些，水温变化对水性介质冷却特性的影响较大，油性介质相对水性介质淬火后的变形量要相对小，故从长期稳定性方面考虑，应使用油性介质[3]。

2.4 科学冷却

金属材料热处理以单介质淬火、双介质淬火、分级淬火以及等温淬火等比较常见。单介质淬火就是在一种介质中冷却淬火零件，操作简便，易实现机械化与自动化，工作效率高，但难于控制淬火速度，极易导致金属材料变形开裂等。双介质淬火是以特殊介质为支持实现快速冷却，淬火零件温度可迅速下降至300℃，在2-3min保温处理后，放置于低冷却速度的介质中，实施二次冷却处理。冷却速度不同的情况下，冷却介质也存在一定差异。