火電廠管道異種鋼的焊接問題及解決措施探析

杜幸福

（1.中國電建集團河北工程有限公司，河北 石家莊 050021；2.河北省大型電站機爐安裝技術創新中心（籌），河北 石家莊 050021）

我國電力行業在新經濟發展時代背景下，獲得長足發展，并且為社會發展奠定堅實的物質基礎。電力行業發展質量與建設水平受到火電廠機組的影響較大，各工業機組的運行容量日漸提升，成為行業發展的基礎性保障。異種鋼在工業機組容量擴展的背景下得以廣泛使用，在連接異種鋼時采取的焊接技術也逐漸被提上研究日程。為確保焊接作用得以維繼，全新的焊接技術應運而生。但是在當前的行業應用中，焊接技術仍舊存在著應用弊端，亟待操作人員提出針對性解決方案，提升操作質量。

1 異種鋼焊接的定義

一般情況下，異種鋼焊接是指將多種材質的鋼材，通過焊接的方式進行連接，使其熔融在一起，比如最為常見的異種鋼焊接有馬氏體鋼與珠光體剛焊接、非奧氏體鋼與奧氏體鋼焊接和貝氏體鋼與珠光體鋼焊接等。

1.1 異種鋼焊接的接頭特點

就焊接的本質而言，異種鋼焊接接頭與同種鋼焊接接頭之間存在著差異性，這種現象出現的原因，歸根結底是兩側位置的焊接熱影響區域、熔敷金屬熱影響區域以及母材不均勻。

第一，化學成分不夠均勻。在焊接鋼材期間，加熱時兩側位置的母材融化量、母材融化區和融敷金屬的各類成分受到稀釋作用的影響而出現不同程度的變化，導致化學成分存在著嚴重的不均勻現象。

第二，組織成分不夠均勻。接頭內部的所有組織因為受到焊接時的熱循環影響而出現不均勻的問題。另外，在極個別的區域范圍內，還將會出現具有復雜性的組織結構。

第三，應力場分布不夠均勻。異種鋼焊接接頭位置的導熱系數和膨脹系數受到成分和組織變化等因素影響，呈現出差異性。塑性區域也因為熱膨脹系數的不同而不同。熱應力也因受到導熱系數的影響而出現不同。當熱應力和組織應力共同產生作用的時候，將會在異種鋼焊接的接頭位置形成應力峰值，導致接頭發生斷裂。

1.2 異種鋼焊縫技術成分與組織控制

因為焊接異種鋼時母材與焊材不同，需要對焊接金屬的性能、組織以及成分進行推算。對稀釋率產生影響的因素有以下4種：

第一，預熱情況的影響。若是預熱的溫度增加，那么將會因為熔深增加而增大其稀釋率。若是預熱的溫度下降，那么將會因為熔深減少而降低稀釋率。所以在進行處理的時候，合理控制預熱溫度，適中處理。

第二，焊接參數影響。當電流量越大時，稀釋率也就越大，當焊接速度降低時，稀釋率也就越低。焊接參數值受到母材熔化單位面積的大小影響。

第三，焊接接頭形式。當坡口增大時，將會降低稀釋率。當坡口減小時，稀釋率變化將基本保持穩定。

第四，焊接方法。

2 火電廠管道異種鋼焊接問題分析

2.1 異種鋼焊接時的碳元素處理問題

火電廠管道異種鋼焊接期間，施工者將面臨著碳遷移問題，若是處理措施不當，勢必會造成熔合線周圍位置有擴散帶出現，同時在珠光體一側位置出現脫碳層。除此之外，還會導致在相鄰奧氏體焊縫一側位置出現增碳層。倘若脫碳層從原來的珠光體轉化為鐵素體，將會降低本身硬度值，出現軟化現象，由此以來，極容易產生大粒徑的顆粒。鉻的碳化物被析出，使得增碳層被硬化，大幅度降低高溫強度。火電廠管道異種鋼焊接縫隙脆性隨之強化。若焊接異種鋼期間，熔合線周圍發生碳遷移現象，則表明在焊接頭處有著很大的可能性，已經出現了低應力蠕變斷裂現象，接頭效用喪失。

焊接異種鋼的溫度不超過650℃時，析出碳化物需要較長的時間，且伴隨著時間拉長，析出的碳化物也持續增加。焊接異種鋼的溫度超過650℃時，析出的碳化物將會先增加，且隨著時間的增加而不斷減少。若是焊接異種鋼時對溫度控制不夠準確，勢必會影響碳化物，導致焊接接頭效用喪失。

2.2 網狀組織存在的問題

眾所周知，火電廠本身所處的環境過于復雜，并且其自身組織結構也比較繁瑣，當火電廠管道放置于特殊環境中時，需要對管道材料作出全新選擇。在一般情況下，需要采用高合金鋼完成火電廠管道制作。就此種類型的管道而言，在實施焊接的時候，組織將會呈現出網狀結構。換言之，鋼材屬于網狀組織。就奧氏體剛而言，在焊接期間，由于受到高溫環境的影響，使得鋼材內部的碳化物析出的速度快速增加，影響焊接接頭。當碳化物沿著奧氏體晶界被析出的時候，便會形成網狀結構。

3 火電廠管道異種鋼焊接處理要點

3.1 焊接管道的熱處理工藝

首先是管道焊接期間的冷卻和加熱方式。在進行加熱的時候，需利用電感應加熱方式、局部火焰加熱方式等多種加熱方法，保持金屬溫度的均衡性，合理地掌控焊接溫度。在進行冷卻的時候，需要利用絕熱方式、局部加熱方式和爐內冷卻方式等多種冷卻方法，保持金屬的冷卻速率。

其次是對焊接管道整體熱處理。焊接完成以后，需將應力熱處理工作管道組建去除，在處理爐中實現整體熱處理，但是在實施處理時，堅決不能使用焊接閥門等部件。

再次是對焊接管道分段熱處理。完成焊接以后，需對管道組件實施應力熱處理，采取分段處理的方式，對加熱長度做好嚴格控制。除此之外，在實施維護的時候，可以將加熱的位置跳過，從而規避不良溫度梯度。

最后是焊接管道局部熱處理。在對異種鋼焊接縫隙進行處理時，需對環形帶進行加熱處理，加熱期間，基于焊縫中心點，每端需要將焊接的縫隙擴展到原有的3倍，并且要保證超過25 mm。就未處于加熱區域范圍內的管道，應做好保溫處理。焊接主要管道和支線管道期間，要緊緊圍繞管道環帶，保證截面位置達到設定的溫度。從焊接縫隙的中間位置開始，對加熱寬度進行計算，將寬度控制到主管壁厚的6倍之多，未處于加熱區域范圍內的管道，應做好保溫處理。

3.2 優化異種鋼焊接技術

焊接異種鋼選擇的焊接技術至關重要，除了密切聯系焊接質量以外，還要考慮對焊接之后各項處理工作產生的影響。所以，在異種鋼焊接過程中，選擇的焊接技術要從以下幾個角度展開。

第一，需保障焊接異種鋼時采取的方法達到焊接時所提出的質量需求，最大限度地將熔合比降低，通過這種方法以有效降低裂紋出現的幾率。除此之外，在對焊接方法進行優化選擇的時候，還需要考慮其經濟性和先進性。

第二，焊接異種鋼時，可利用焊條。通過焊條電弧焊焊接異種鋼，主要是由于焊條的類型相對較多，在焊接的時候，能夠表現出良好的適應能力。焊接高鉻馬氏體鋼和珠光體鋼時，可選擇使用二氧化碳作為保護氣體。在焊接高合金異種鋼時，可選擇使用氬弧焊實施焊接。若是焊接的異種鋼構件相對簡單，那么此時可選擇使用擴散焊接或者是釬焊的方式完成。

3.3 異種鋼材料選擇

當不能同時兼顧塑性和強度時，若確保沒有出現裂痕等缺陷選擇使用的材料一般為良好韌性和塑性的材料。當焊縫金屬材料為2種母材料當中的一種時，此時斷定材料已經達到使用需求。采取鋼焊接的方式焊接不同強度等級的材料時，需以最低強度的母材為參照，完成焊接材料選擇。根據母材的強度情況對工藝措施作出選擇。選擇使用的焊接材料，要盡可能地保證其具有良好的抗裂性能，比如使用堿性焊條。

4 解決火電廠焊接管道異種鋼焊接的措施

4.1 優化異種鋼焊接水平

首先要選擇合適的焊接方式完成異種鋼焊接，提高焊接方式的合理性與科學性，保障焊接質量和焊接效率。所以，在選擇焊接方式的時候，首先要與實際工程情況相結合，適當地將熔合比降低，杜絕裂痕現象出現。其次要充分考慮焊接技術的經濟性與先進性。在焊接接頭位置時，需綜合考量稀釋率，就較大厚度的異種鋼而言，焊接過程中需采用U型焊接坡口或X型焊接坡口。選擇異種鋼焊接電流、焊接速度以及焊接層數時，可適當性地降低母材熔化。若是在進行焊接的時候有2種母材，其中有一種母材屬于淬硬鋼，那么在實施焊接前，需展開預熱處理，以焊接材料為依據，合理選擇加熱溫度。預處理要以需要進行焊接的鋼材型號為依據，合理地選擇加熱溫度。

4.2 優化焊接熱處理工藝

開展焊接熱處理之前，要徹底清理干凈管材上的障礙物，之后要仔細檢查用于焊接的各類儀器設備，經常使用的儀器設備有記錄儀、加熱器等，需要對各類材料的運行狀態予以明確，在設備開始運行之前，要進行合理的檢查，保證焊接工作有序開展。在進行焊接的時候，焊接位置處于暴露的環境下，在實施焊接之前，要根據實際情況完成防雨棚搭建，從而有效規避不良天氣變化產生的惡劣影響，為整個焊接工作提供良好環境。焊接工作開始前，需再次檢查，科學測溫，合理布置測溫位置，一切通過檢查后，方可開展施工。完成熱處理以后，還需要更深一步探究焊縫存在的傷痕，若是探測結果顯示沒有達到標準，需要重新處理，直至合格。

4.3 優化熱處理工藝

在當前階段，異種鋼焊接施工經常采取電加熱法完成。在具體操作中，首先要焊接細小的縫隙，在必要的時候，要對焊接縫隙纏繞加熱繩。纏繞加熱繩的過程中，要盡可能保證寬度為6倍焊縫。在此之后，通過使用鋼帶扎緊異種鋼內部的保溫材料，杜絕在焊接過程中出現保溫材料脫落的現象。在裝設保溫材料過程中，要嚴格杜絕有加熱器引線從保溫層的內部位置穿過，從而避免導線高溫發熱現象而造成絕緣層出現熔化。

4.4 其他注意措施

只有當焊接工藝達到焊接需求時，才可以在焊接施工中被推廣。明確焊接工藝后，需要與施工技術要求相結合，合理地控制施工現場溫度。避免焊接期間在母材的非焊接位置臨時設置裝置，定位焊接時，要詳細檢查焊縫質量，及時清理焊縫。完成焊接工作后，要打磨焊疤，合理控制焊縫厚度與寬度。

5 結束語

制作火電廠管道，異種鋼的應用已經變得極為普遍，為保證焊接質量，需合理地展開管理，靈活地將多種施工技術應用到焊接中，完成施工。在焊接期間，受多種因素影響而出現各類問題，只有不斷優化，提出應對措施，才可以實現焊接質量提升。