大型火电焊接施工中焊接热处理的主要问题和技术措施研究

2022-09-06李志坚

今日自动化 2022年8期

李志坚

（中国电建集团湖北工程有限公司，湖北武汉 430040）

对钢制焊件施以有效焊接和热处理，对于提高火电焊接施工质量有良好促进作用。但在现场执行中，因为人为因素或者工艺问题，焊接热处理的实际操作会出现较大的问题，对于这类问题必须重点关注、及早处理，避免问题扩大化。故在火电焊接施工中，如何让焊接工作的执行性更加规范，如何让现场操作性得到提升，如何让热处理技术被充分认识，这些方面是施工人员必须重视和关注的问题。

1 焊接热处理的主要问题

1.1 设备问题

设备问题包括材料、设备安装和导向补偿等问题。材料问题多是由材料潮湿引起，在焊接热处理中，如果材料保护力度不到位，导致加热用保温材料过于潮湿，水滴会大量凝聚引起线路短路[1]。施工人员在完成焊接热处理后，使用潮湿的热处理材料包上，此时就会引起变相淬火以及电路故障。

设备安装问题一般表现为控温区的数量不足，以及热电偶布置不到位。在执行焊接热处理的过程中，当进行水平布置管道的后热或者焊后热处理时，会引起对流并导致管子的上部温度高于下部温度，如在设备安装时，仅在管子上部设置有一个控温加热区，这种加热方式会让内壁温度大幅度降低，造成管子下部的某些部位发生回火不到位问题。除数量和分布上的问题外，一些设备由于本身的构造，在焊接时也容易发生问题。例如在三通、管座、阀门连接管等，这些部件的焊接属于异形焊接，焊接接头在焊后热处理中因为结构原因，金属材料中体积较大的一侧吸收比体积较小一侧更多的热量，焊缝的两侧会出现不对称的热传导，威胁焊件稳定。

导线补偿问题通常是因为人员不重视而引起，例如在补偿导线与热电偶线的连接时，操作人员采取极性反接，引起继电保护层装置的拒动或者误动，又或者采用保温棉包裹补偿导线与热电偶的接头，造成补偿导线与热电偶的两个接头，补偿导线与仪表端子的两个接头处在不同的环境温度中，补偿导线在连接中发生折弯等，这些问题均会影响到焊接热处理的工艺质量，并对火电焊接施工带来负面性的影响。

1.2 人为因素

人为因素的复杂程度较高，操作人员的资质不足、操作人员使用的方式不当、操作人员没有按照安全规定着装等等，这些人为因素都有一定概率引起焊接热处理事故[2]。例如在安全防护上，如果焊接热处理加热方法是采用感应加热，则需要负责热处理施工的人员做好个人防护。如果施工人员在执行焊接热处理加工时没有采取电磁辐射防护措施，不仅会影响到操作过程和处理结果，还会增加职业病的发生率，对施工人员的个人健康造成负面性的影响。又如在预热和后热中，施工人员没有遵守操作规定，预热阶段没有留出缓冲期、焊件坡口外热电偶达到预热温度后立刻进行焊接，后热阶段在焊接工作中断或者停止后没有及时采取冷却措施，这些做法均会影响焊接热处理的效果，导致焊接出现裂纹、变形等问题。

1.3 工艺问题

在焊接热处理中，如果两侧母材为异种钢且均是非奥氏体型钢，那么预热温度应按母材预热温度高的选择，焊后热处理温度应按加热温度要求较低侧的加热温度上限来确定。但对于恒温时间的选择，当前却没有完善的规定为操作人员提供工艺操作指导，因此如何选择恒温时间只能依赖操作人员的个人经验，这无疑增加了焊接热处理的不确定性[3]。同时，在制定焊后热处理的工艺方案后，还要考虑到管道运行可能会对焊缝以及母材性能造成的影响，阀体在进行热处理时，阀门阀件、密封件等在热处理温度下可能出现的变化等。如果没有考虑到这些因素，最终的焊接热处理措施会出现不完善、不全面等问题。此外，在规程中虽然对外径D、壁厚δ的比值和加热宽度选择之间的逻辑关联给出了明确的规定，但是具体到现场操作中，因为施工队伍多采取柔性陶瓷电阻加热，加热宽度的变数较大，所以加热装置的选择仍然棘手，对施工人员的个人能力和操作经验提出了严苛要求。

2 焊接热处理中的纠正技术措施

2.1 设备纠正技术

在施工过程中，要注意设备的干燥处理，施工人员需严格遵从并执行规程要求，将热处理用的保温材料进行干燥，在包上前，要检查保温材料是否有水珠，避免引发变相淬火问题[4]。

针对焊接热处理中的热电偶分布问题和数量问题，施工人员要根据加热带控制区的大小，增加加热带控制区周向的分布数量，通过数量增加来减少温度偏差。根据管道尺寸的区别，控温加热区数量和热电偶位置也会有所差别，具体如表1所示。

表1 不同尺寸管道的控温加热区数量和热电偶位置

对于异形件焊接，在处理过程中，施工人员要尽可能将加热带中心往下侧进行偏移，让热流得到平衡，如果加热带中有60%的部分是布置到焊缝下部，则保温向焊缝下部偏移。同时要有至少三支热电偶沿圆周以均匀方式分布开，三支热电偶中，除焊缝中心布置一支，其余两支安装到焊缝上下部距焊缝边缘的1倍壁厚处，并做好对温度设定值的检测。

在补偿导线与热电偶线连接时，为了避免发生拒动或者误动问题，施工人员要检测并确保极性的正确，在进行连接时也要注意接线的连接是否可靠。补偿导线与热电偶、补偿导线与仪表端子的两个接头要保证环境温度一致，不能出现温度差异。在使用和储存的过程中，施工人员要尽量避免因为设备运作对补偿导线造成损伤。如果检查到补偿导线有小曲率半径弯曲、冷加工和过度的绕卷，那么需要立即进行更换，避免其影响到火电设备的运行稳定。

2.2 人为因素控制措施

施工队伍需要结合焊接热处理施工的要求制定完整的施工人员考核标准，依照考核结果，对负责焊接热处理的施工人员进行等级划分，并根据人员等级摊分彼此的职责和任务[5]。在具体的施工过程中，施工队伍的管理人员要定期对施工人员的工作资格进行审查和考核，同时注意加强培训，让施工人员的施工技术得到提高。对于工频电场、磁场等作业场所，负责人也要悬挂警示标识，提醒施工人员注意电磁辐射防护，如果场所的电场强度和电磁强度都超过了安全标准，那么在入场焊接之前，管理人员必须督促负责焊接热处理的工作人员穿戴好防护服、防护帽、辐射剂量仪等防护用品和设备，让施工人员在施工期间的个人安全得到保障。在焊接热处理的具体操作上，施工人员要注意时间和温度的把控，预热时要注意缓冲期的设置，在焊件坡口外热电偶达到预热温度后，施工人员不能马上焊接，应静待一段时间，用测温仪进行测温，确保在缓冲期中坡口待焊部位的温度一直保持要求温度，此时才能进行焊接。施工人员要仔细检查焊件，有冷裂纹倾向的焊件，当焊接施工停滞后，如不能及时进行焊后热处理，应立即进行后热。在后热执行中，施工人员要将加热温度控制在300～400 ℃，保温时间要控制2～4 h，如果因为特殊原因，施工人员必须进行重新焊接，那么焊接前也要重新预热，再次进行的预热工艺要和最初的预热工艺保持一致。

2.3 工艺纠正方案

对于工艺的改进要结合材料、焊接措施进行配合性调整，如异种钢焊后热处理中的恒温时间选择和确定是一个棘手问题，传统工艺方案中几乎是依赖于施工人员的个人经验进行判断。但随着研究的逐渐深入发现，异种钢焊后热处理时，延长保温时间，那么残余应力会逐渐趋于恒定。因此如果两侧均属于非奥氏体型钢，施工人员在恒温时间的选择上要基于合金成分的厚度来计算和选取恒温时间[6]。

对于焊后热处理的质量控制，施工人员应在热处理前和热处理后对母材、焊缝和热影响区进行两次检验。当焊缝硬度高于规定值时，应重新进行焊后热处理且不超过3次；当焊缝硬度低于规定值时，或金相组织检验判定超过相变温度出现异常组织的焊缝时，一般应割掉焊接接头、重新焊接，除非现场可以实施正火加回火热处理措施。

在柔性陶瓷电阻加热上，施工人员必须要计算出加热功率，根据加热功率来选择合适的柔性陶瓷加热片，依据柔性陶瓷加热片的尺寸验证加热宽度。常用的加热功率算法为简易算法，如公式（1）所示：

式（1）中，P为加热功率，D和δ为管子外径和管子壁厚，A为系数，t为加热温度，KW 为绝缘消耗系数，根据式（1）求出加热功率，在根据加热功率来验证加热宽度，以此得到的结果就更符合焊接要求，也能让焊接热处理质量更加良好。