火力發電廠承壓管道焊接接頭熱處理分析

張 龍 中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司

1 引言

電力資源對現代社會的發展有不可或缺的作用，其中火力發電作為電能生產最主要的來源之一，為社會做出了重要的貢獻，因此做好火力發電廠的安全生產至關重要。對于火力發電廠來說，承壓管道是非常重要的構件，焊接結構在承壓管道中占據了非常大的比重，對整個管道的質量有重要影響。焊接的過程中，焊縫位置以高溫的形式將進行熔化，然而待其冷卻以后，焊接接頭就會出現殘余應力；在焊接作業過程中，為了避免在使用過程中受應力作用導致開裂，所以應當采取有效措施降低局部應力，這就需要高溫回火處理，這是降低殘余應力應用最廣泛的方法[1]。

2 焊接熱處理概述

所謂焊接熱處理，就是在焊接前、焊接過程中或焊接后，對金屬件實施的熱處理作業；通過將焊件整體或局部加熱，使其升高到一定溫度然后對其實施一定時間的保溫處理；最后在以特定速度使其冷卻；通過這樣的一個過程，以改善工件的工藝性能、焊接接頭的金相組織性能和力學性能，以更好的滿足裝配需求的處理技術。焊接熱處理作用[2]，一方面是改善焊件性能，另一方面是消除焊接所造成的焊件熱應力。就焊接熱處理的整個工藝流程來看，分為預熱、后熱和焊后熱處理三個部分。

2.1 預熱

所謂預熱，就是在焊件開始焊接作業之前，對其整體或部分實施加熱的作業內容。一般情況下，現場焊接預熱，都是針對焊件的特定部分實施加熱而不是整體加熱，主要是為了使焊件焊接作業后降溫更加緩慢，以免出現冷裂紋。同時，也是首先通過預熱的方式使焊件均勻受熱，以免直接對冷態金屬直接實施焊接作業，導致受熱不均引發的不均勻膨脹。無論是加熱過程中的不均勻，還是冷卻過沉重的不均勻，都會造成金屬的膨脹、收縮應力過大，而出現裂紋[3]。

2.2 后熱

所謂后熱，就是當焊接作業完成以后，對焊件實施加熱，使其溫度處于300℃～400℃狀態，然后對其實施2h～4h 的保溫處理；這樣就能夠讓焊件的降溫冷卻速度放緩，使加速氫能夠順利逸出。

2.3 焊后熱處理

所謂焊后熱處理，就是整個焊接作業結束后，對焊件實施加熱，使其溫度升高到指定區域，然后對其實施保溫處理，從而使其得以以較慢的速度回復常溫。這樣就能夠對焊接接頭的組織性能、力學性能作出相應的改變，同時能夠消除焊接作業造成的殘余應力。焊后熱處理事實上就是高溫回火作業，對其實施高溫回火，主要是為了實現以下三個目的：

首先，使焊件的焊接應力得以降低，同時改善其脆性，避免焊件出現斷裂；

其次，焊接形成的焊縫部位中的粗大金相組織，經過高溫回火處理以后逐漸細化，從而使焊件的力學性能得到有效提升；

再次，避免焊件出現變性，使其尺寸保持穩定狀態。

3 火電廠焊接接頭熱處理的實際應用

對于火力發電廠來說，在建設、維護的過程中，焊接工藝承擔著非常重要的使命。特別是鍋爐受熱面、四大管道、本體管路以及承重部位，基本都需要焊接作業。另外，在機組檢修過程中，受熱面、本體管路常常需要更換管道，這同樣需要對其實施焊接作業；還有檢修過程中發現焊接接頭質量有問題時，也需要對其實施補焊作業。上面所提到的所有接頭焊接作業，基本都需要對其實施相應的熱處理作業；熱處理質量的高低，對于焊接接頭質量的高低有很大的決定作用。

4 焊接接頭熱處理分析

本文針對承壓管道焊接接頭熱處理的分析和探討，不涉及高深的理論，而是依據施工現場有著較為廣泛應用的電阻式紅外熱處理溫控柜，針對焊接熱處理的相關操作規范以及注意事項，做具體的說明即可。

對于熱處理工作人員來說，在接受熱處理作業任務的同時，也會受到一張與之相配套的熱處理工藝卡。工藝卡對于熱處理作業有非常重要的作用，這是以行業規范、單位工藝為基礎設計出的作業工藝說明，工藝卡的生效需要經過熱處理技術人員、操作人員共同簽字，表明雙方就熱處理的相關工藝要求、作業規范做充分交底。簽字以后工藝卡即刻生效，并且是熱處理作業的依據，不可隨便更改。

根據熱處理工藝卡上的相關內容，首先找出熱處理所需的焊前預熱、焊后熱處理所必需使用的加熱片。加熱片的相關規格必須依據加熱的目標件選擇與之相匹配的。操作人員必須要對加熱片的規格，以及是電壓、功率等相關指標非常了解。一般來說，加熱片電壓有如下的五種，35V、55V、75V、110V、220V；其功率基于電壓的不同也會隨之發生變化[4]。在作業過程中，根據實際需要選擇對加熱片實施串聯或并聯。但不管怎樣連接，電壓必須控制在220V以內，單路輸出功率必須控制在30kW以內。如果有多路二次線輸出，還必須要盡力保證三相電平衡。

在布置熱電偶的過程中，務必要堅決依據作業規范執行，同時要確保熱電偶與加熱片之間的貼合度，不可出現二者之間有滾動或滑動的現象，這樣會導致溫度一會兒高一會兒低，加熱不均勻。應當充分運用熱電偶自身具有的良好的彎曲性，使與加熱件之間保持良好的貼合狀態。

對加熱片的狀態要保持密切關注，確保其完好狀態；另外還對加熱件表面認真檢查，確保上面沒有留下飛濺、焊瘤等物質。加熱片的寬度，同樣需要堅決依據作業規范執行。如果加熱件自身厚度過大，或者形狀不規則，可以根據需求將加熱片組合在一起，使之成為繩型，這樣就能夠更好的滿足寬度要求。

保溫處理的過程中，特別是吊口位置的保溫作業，要盡量是上下溫度之間溫差最小；另外加熱件的下層保溫棉必須要比上層厚[5]。

在熱處理作業的過程中，為了確保熱處理曲線與實際狀況的符合，要保證熱處理曲線以卷為單位，同時務必要保證曲線的連續性。當一卷曲線全部打印完成以后，在下方對焊件的相關信息，以及焊接作業的相關信息做全面的標注。

檢驗熱處理效果，通常依據硬度檢測的結果來判斷。根據DL/T 869—2012《火力發電廠焊接技術規程》中的相關內容，我們通常情況下認為，只要熱處理曲線符合要求，那么焊接接頭熱處理的硬度檢測必然也是符合要求的。事實上這一判斷是缺乏依據的。熱處理曲線符合要求，事實上只能夠代表焊接過程符合要求，并不能代表焊縫硬度符合標準。焊接過程符合要求，僅僅是焊縫硬度符合要求的的一部分，只是必要條件而已。所以，我們在強化焊接過程監督的同時，依然有必要就熱處理后的焊縫硬度實施必要的檢測。具體的檢測采用抽檢即可，事實上即使對每一個熱處理的焊件實施全檢，也還是抽樣檢測，因為不可能對焊縫的每一個部位都實施檢測；檢測點的硬度并不完全等同于焊縫所有區域的硬度。具體檢測的標準，需要熱處理人員根據實際狀況作出相關判斷。這對于熱處理人員的專業素質、熱處理經驗以及工作責任心，都提出了較高的要求。

5 小結

綜上所述，焊接接頭熱處理對于焊接接頭的質量有非常重要的影響。在改善技術的同時務必要持續推動作業人員的綜合素質。一旦出現質量問題，不僅僅會造成人力物力的浪費，如果需要二次返修，甚至會對工程進度造成影響。所以對其工藝必須給與高度重視。