火電廠管道異種鋼的焊接熱處理

齊濤

摘要：火電廠的鍋爐以及汽機管道都需要進行異種鋼的焊接工作，在異種鋼的焊接過程中，為了使管道能夠正常使用，必須有效提高焊接質量，保證焊接部分的使用壽命和可靠性。焊接熱處理是異種鋼焊接的重要環節，若后期熱處理不當會對焊接接頭的組織造成一定的影響，甚至加快異種鋼焊接接頭的失效，嚴重時可能造成安全事故，因此必須要重視熱處理過程，并且選擇合適的熱處理工藝，以保證焊接接頭的使用質量。

關鍵詞：火電廠;異種鋼;焊接熱處理

一、火電廠管道異種鋼焊接熱處理問題分析

1.1對碳元素的影響

1.1.1碳遷移

在異種鋼焊接中，若是出現碳遷移問題，則會導致熔合線附近出現擴散帶，并在珠光體側形成脫碳層，同時，還會在相鄰奧氏體焊縫側形成增碳層。當脫碳層由原本的珠光體轉變為鐵素體之后其本身的硬度會隨之減弱，進而出現軟化，這樣一來極容易引起晶粒長大;而增碳層由于鉻的碳化物析出會表現出硬化狀態，從而使高溫強度大幅度下降，在這一過程中，焊縫位置處的脆性會隨之增大。此外，熱處理的時間越長、溫度越高，擴散帶增大的幅度就越大。相關研究結果表明，當異種鋼熔合線附近出現碳遷移時，其接頭位置處極有可能形成低應力蠕變斷裂，由此會導致接頭失效。

1.1.2碳化物

相關研究結果表明，當焊接熱處理的溫度≤650℃時，異種鋼碳化物的析出時間較長，并且會隨著時間的推移不斷長大;當焊接熱處理的溫度≥675℃時，碳化物會先長大，并隨著時間的推移逐步變小。如果對異種鋼進行焊接熱處理時溫度控制的不到位，則會對碳化物造成影響，這樣極有可能引起接頭早期失效。

1.2對網狀組織的影響

火電廠中有一些運行環境較為特殊的管道采用的是高合金鋼，焊接熱處理會促進此類鋼材網狀組織的形成。以高合金鋼中比較常見的奧氏體鋼為例，在焊接熱處理時，高溫會使碳化物的析出速度大幅度提升，由此會對奧氏體鋼的焊接接頭產生不利影響，若是碳化物沿著奧氏體晶界析出，則會形成網狀結構，這種情況在母材的熱影響區比較常見。

二、處理火電廠管道異種焊接的熱處理問題對策

2.1提高技術

2.1.1方法的選擇

進行異種鋼焊接作業時選擇的焊接方法十分重要，會直接影響到作業的質量。所以在選擇異種鋼焊接方法時要注意盡可能地滿足對焊接質量的要求，還要盡可能地減小熔合比，避免裂紋的產生，并且還要盡量滿足選擇的焊接方法的經濟性和先進性。比如，把焊條電弧焊當作首選，因為其焊條的種類比較多，適應性比較強;如果是高鉻馬氏體鋼和珠光體鋼進行焊接，就可以首先選擇二氧化碳的氣體保護焊;如果是高合金的異種鋼進行焊接就可以選用氬弧焊;如果是比較簡單的異種鋼進行焊接，則可以選擇釬焊或擴散焊接。

2.1.2優選材料

（1）要盡量不產生缺陷，如裂紋等，如果不能兼顧塑性和強度，就可以選擇韌性和塑性都比較好的材料。

（2）只要選擇了符合焊縫金屬性能的2種母材之一，就認為其滿足了使用性能的要求。

（3）在選擇不同強度的焊接用鋼時，要從強度比較低的母材中的材料中選擇。

（4）如果預熱等工藝的措施不同，進行選擇時要根據高強度的母材來確定。

（5）選擇材料時要盡量選擇高抗裂性的材料，比如堿性焊條。

（6）在不能預熱或無法進行焊后熱處理的情況下，可以通過奧氏體不銹鋼的焊條，優化焊縫金屬的塑性、韌性等特性。

（7）如果進行的是低、高合金鋼的異種鋼焊接，則首先要稀釋焊縫金屬。

（8）在盡量滿足使用性能的前提下，要盡量選擇工藝性能比較高且價低易得的性價比高的焊接材料。

2.2優化工藝

2.2.1事前準備

在進行焊接之前，要將管道周圍的溫度計、孔板等相關的儀表拆除，還要注意保護拆出口;此外，還要檢查進行焊接熱處理要用的設備如電加熱器、記錄儀、熱處理設備、補償導線等的質量，在保障設備正常運行的前提下，還要把這些檢校合格設備到監理工程師處審核，再經過審核后才可以投入使用，此外要對需要進行焊接熱處理的焊縫數量有一個精準的統計，如果異種鋼的材料是鎳基材料，還要在進行焊接前做好清潔工作。

2.2.2檢查工作

如果焊接的對象是室外的管道，則在進行施工前要搭設好防風雨棚，盡量減小天氣變化對異種鋼焊接熱處理的影響，同樣，還要注意檢查進行異種鋼焊接熱處理的周圍環境條件，使之滿足相關的要求，保證環境內沒有無關的物品。在進行異種鋼熱處理之前，可以提前全面地檢查其準備工作的情況，包括選擇的測溫點是否合理等，只有檢查通過了，焊接熱處理工作才能繼續;此外，還要進行焊接熱處理焊縫的探傷，只有保證了前一步的焊接工作的尺寸、規格等都合格，才可以進行下一步的工作，如果發現了不合格的問題，就必須返修，待完工后再次進行探傷，技術人員切不可抱有僥幸心理。

2.2.3對缺陷的熱處理

（1）過熱。如果焊件退火時在斷口上出現了粗大的晶粒，或者在淬火的斷口上出現了比較粗的馬氏體形狀，這大多是因為在進行加熱時的加熱工藝不熟練，如：因為加熱的溫度太高、處在高溫的時間太長，就導致構造粗化，進而降低了焊件的塑性、硬度和韌度，甚至會導致裂紋的出現。如果想要避免過熱的問題，就需要深入掌控加熱的溫度，還要盡量減少停留在高溫的時間，如果出現了嚴重的過熱，就要對此焊件進行再次的退火。

（2）過燒。除了斷口出現了粗大的晶粒，如果在晶粒間匯集了低熔點的物質和氧化物，就說明晶粒間的邊緣出現了熔化和氧化的現象。這是因為加熱的溫度過大（>1300℃），并且在高溫的狀態下保溫的時間過長，過燒后會短時間內降低焊件的塑性、硬度和韌度。一旦出現過燒，焊件就無法補救，因此必須要落實熱處理的標準，還要禁止焊件接觸氧化性的火焰。

（3）變形和開裂。在焊接中焊件經常會出現宏觀裂紋和變形。造成變形和開裂的原因首先是出現了焊件的內應力，出現的原因是因為在加熱冷卻的過程中，焊件內外的溫度失衡，導致焊件的體積膨脹或收縮，這些差異導致了熱應力;其次是由于焊件體積的不均衡改變，導致出現了結構應力，焊件屈服上限小于應力，所以出現了變形，如果大于了焊件的強度上限，則會出現裂紋，此時就需要返工，這就增加了工作量和資金投入，還浪費了資源。

（4）硬度升高。在回火結束后，如果檢測值不符合規定的范圍，這就是因為回火的溫度太低且保溫的時間太短，如果溫度過高同樣會導致硬度升高。硬度上漲就會減弱韌度和塑性。想要解決這一問題就只能再次回火，嚴格控制回火多的溫度和保溫的時間。

三、結語

綜上所述，火電廠管道異種鋼焊接完成后，需要進行焊接熱處理工作，由于特種鋼性質特殊，因此在焊接過程中容易引發一系列問題，影響管道的使用性能。為了解決這一問題，相關工作人員需要提高焊接技術水平，不斷優化焊接熱處理工藝，使用最新的工藝設備，從而確保管道異種鋼的焊接質量。

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