中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司 羅 忠

火力發(fā)電廠12Cr1MoV大口徑厚壁三通焊口焊接及熱處理工藝研討

中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司 羅 忠

本文通過對(duì)12Cr1MoV材質(zhì)焊接性能，大口厚壁三通焊口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及此結(jié)構(gòu)焊接及熱處理易產(chǎn)生的缺陷分析，制定有針對(duì)性的焊接及熱處理工藝措施，在焊接及熱處理過程中嚴(yán)格執(zhí)行及監(jiān)控，獲得滿意的焊接及熱處理工藝質(zhì)量。

12Cr1MoV；大口徑厚壁三通焊口；焊接及熱處理

0 引言

12Cr1MoV鋼是一種普通珠光體低合金耐熱國產(chǎn)鋼材，目前廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠運(yùn)行介質(zhì)溫度小于540℃的管道、管件及閥門上，其在施工現(xiàn)場(chǎng)存在大量的安裝焊口，其焊接及熱處理工藝較為成熟。大口徑厚壁三通焊口（外徑大于273mm，壁厚大于50mm）在火電廠現(xiàn)場(chǎng)安裝焊口中屬于特殊結(jié)構(gòu)，其安裝焊口在焊接及熱處理容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和溫度不均勻分布，一旦其焊接及熱處理工藝無較強(qiáng)的針對(duì)性，容易發(fā)生焊接熱處理后硬度過高，在焊接過程中或熱處理后某一階段產(chǎn)生裂紋而造成管道爆漏現(xiàn)象。

1 12Cr1MoV大口徑厚壁三通焊口焊接及熱處理工藝性能分析

1.1 大口徑厚壁三通焊口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

其特點(diǎn)如下：三通處可能不等徑，多數(shù)情況下，主管直徑大于支管直徑（DN1≥DN2）；三通伸出長度較短，多數(shù)情況下，三通伸出長度A≤200mm。主管和支管壁厚相差較大，多數(shù)情況下主管及支管厚度差δ2-δ1≥20mm。

1.2 12Cr1MoV鋼材質(zhì)特點(diǎn)

12Cr1MoV鋼合金成分及力學(xué)性能。

合金成分表

力學(xué)性能表

12Cr1MoV鋼組織：鐵素體+珠光體+少量碳化物；12Cr1MoV鋼焊接性能及再熱裂紋傾向：12Cr1MoV鋼已運(yùn)用多年，其焊接性能良好，已形成成熟的焊接及熱處理工藝；12Cr1MoV鋼在500-700℃時(shí)容易在應(yīng)力的作用下容易產(chǎn)生再熱裂紋傾向。

1.3 12Cr1MoV大口徑厚壁三通焊口焊接及熱處理工藝性能特點(diǎn)分析

由于三通處特殊結(jié)構(gòu)，其在焊接及熱處理過程中溫度變化及應(yīng)力分布是不均勻的，具體來說，管壁厚度越大，主管及支管壁厚相差越大，三通伸出的長度越短，其焊接及熱處理過程中管道內(nèi)外壁溫差越大，三通兩側(cè)母材的溫差越大，三通母管側(cè)溫度呈陡降特性，其應(yīng)力越大。

對(duì)此結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝焊口采用常規(guī)的焊接及熱處理工藝會(huì)在焊接過程中產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，三通母管側(cè)焊縫及熱影響區(qū)在熱處理過程中得不到應(yīng)有金屬組織，其焊接應(yīng)力得不到消除，容易在500-700℃加熱范圍內(nèi)產(chǎn)生再熱裂紋。

12Cr1MoV三通再熱裂紋一般發(fā)生在三通母管側(cè)，有一定的時(shí)效性，在焊接過程中、焊接熱處理后、管道試壓后、機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后再熱裂紋均會(huì)在應(yīng)力的作用下擴(kuò)展，很可能會(huì)出現(xiàn)管道爆漏情況，對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成較大安全隱患。

2 12Cr1MoV大口徑厚壁三通焊口焊接及熱處理工藝

2.1 焊接及熱處理工藝要點(diǎn)

確保焊口不強(qiáng)力對(duì)口，減少外在應(yīng)力；預(yù)熱及熱處理過程中采取分區(qū)控溫、輔助加熱方式；采取較低的升降溫速度，較長的恒溫時(shí)間，三通靠母管側(cè)采取較寬的保溫及加熱寬度確保焊口兩側(cè)及內(nèi)外壁溫度均勻；焊接時(shí)減少焊接線能量輸入以降低焊接應(yīng)力；熱處理加熱時(shí)在再熱裂紋敏感溫度500℃下恒溫一段時(shí)間，有利于加熱范圍內(nèi)金屬以正常速度通過再熱裂紋溫度敏感區(qū)域；加強(qiáng)焊前及焊后檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)消除。

2.2 焊前檢查及施工準(zhǔn)備

焊接前應(yīng)對(duì)三通區(qū)域母材進(jìn)行檢查，如三通區(qū)域有廠家焊縫，需對(duì)三通引出段進(jìn)行著色或磁粉檢查，并按一定比例做金相檢查，確保制造廠家管道母材符合要求。三通焊口組裝順序盡量不要為最后一個(gè)焊口，組裝時(shí)確保其能自由伸縮膨脹，避免組裝造成應(yīng)力過大的情況。

2.3 焊前預(yù)熱

焊前預(yù)熱及熱處理采用遠(yuǎn)紅外輻射加熱，加熱設(shè)備為DWK-360遠(yuǎn)紅外微電腦溫控設(shè)備，加熱裝置為繩狀加熱帶，加熱分區(qū)布置，主加熱區(qū)為焊口兩側(cè)，輔助加熱區(qū)為三通兩側(cè)。

測(cè)溫方式：熱電偶測(cè)溫，熱電偶安裝在焊縫靠三通母管側(cè)，盡量靠近坡口。預(yù)熱參數(shù)：加熱溫度280℃，升降溫速度=6250/δ ℃/ h(δ為三通母管一側(cè)非過渡段壁厚)。恒溫時(shí)間：焊接前必須用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫槍對(duì)焊縫內(nèi)壁坡口溫度進(jìn)行測(cè)量，焊縫內(nèi)壁坡口溫度高于200℃，內(nèi)外壁溫差低于50℃為合格，可以開始焊接。

2.4 焊接工藝及注意事項(xiàng)

焊接方法：TIG+SMAW( 氬弧焊+焊條電弧焊)

焊接材料：氬弧焊絲：TIG-R31 Φ2.5 電焊條：R317 Φ3.2 4.0

焊接工藝參數(shù)為：第1、2層采用氬弧焊，焊接電流為110-120A；第三層采用電焊焊接，Φ3.2焊條，焊接電流為115-130A；中間各層道采用電焊焊接，Φ4.0焊條，焊接電流為140-160A；蓋面各層道采用電焊焊接，Φ3.2焊條，焊接電流為110-120A。

焊接注意事項(xiàng)：管子應(yīng)采用對(duì)稱焊接，管子兩側(cè)焊工所采用的焊接工藝參數(shù)及焊接速度應(yīng)基本保持一致，同時(shí)注意不得兩人同時(shí)在一處收頭，以免局部溫度過高影響施焊質(zhì)量。圍內(nèi)施焊過程中，嚴(yán)格控制焊接層間溫度，用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫槍進(jìn)行測(cè)溫，焊接層間溫度范圍控制在200～350℃；溫度不在此范圍內(nèi)，必須進(jìn)行加熱或停焊冷卻。焊工操作技術(shù)要熟練，認(rèn)真觀察熔化狀態(tài)，施焊中應(yīng)特別注意接頭起弧收弧處的焊接質(zhì)量，保證熔合良好，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿，以避免出現(xiàn)弧坑裂紋。單層焊道厚度不大于所用焊條直徑，單層焊道寬度不大于所用焊條直徑的4倍。每層或每道焊縫焊接完畢后，應(yīng)用鋼絲刷或砂輪機(jī)將焊渣飛濺等雜物清理干凈（中間接頭和坡口邊緣尤應(yīng)注意）。

2.5 后熱

焊縫區(qū)域壁厚大于等于70mm焊至20mm時(shí)需停焊檢驗(yàn)，檢驗(yàn)應(yīng)在后熱后進(jìn)行，后熱工藝為加熱溫度為300℃-350℃ ,保溫時(shí)間為2h-4h。

2.6 焊后熱處理

焊后熱處理加熱裝置布置和焊前預(yù)熱布置相似，三通靠母管側(cè)采用環(huán)形布置，依照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置情況盡量加大加熱寬度，三通靠母管側(cè)含輔助加熱區(qū)域全部保溫?？販?zé)犭娕脊潭ㄔ诤缚p中心位置，兩側(cè)主加熱區(qū)布置監(jiān)測(cè)熱電偶，輔助加熱區(qū)布置一支熱電偶，其升降溫速度=6250/ δ ℃/h(δ為三通處母管一側(cè)非過渡段壁厚)，主加熱區(qū)熱處理加熱溫度為720-750℃，恒溫時(shí)間為壁厚20mm恒1h。輔助加熱區(qū)恒溫溫度為485℃，恒溫時(shí)間主加熱區(qū)為主加熱區(qū)升溫及恒溫高于485℃溫度區(qū)間的時(shí)間。

2.7 焊后檢驗(yàn)

此結(jié)構(gòu)焊縫在焊接熱處理后需做100%的無損檢驗(yàn)，三通靠母材側(cè)表面做磁粉或著色檢查，焊縫及熱影響區(qū)做100%的硬度檢查，做一定比例的金相檢查。

3 結(jié)束語

近年來，12Cr1MoV大口徑厚壁三通焊口焊接質(zhì)量事件頻出，大多為焊縫區(qū)域硬度偏高，焊縫及熱影響區(qū)金相組織不合格，三通靠母管熔合線區(qū)域斷裂、裂紋，三通靠母管熱影響區(qū)裂紋。很多情況是焊后無損檢驗(yàn)合格，而在水壓試驗(yàn)或運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)裂紋，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來隱患的同時(shí)，造成的經(jīng)濟(jì)損失及返工的難度極大。采取有針對(duì)性的焊接及熱處理工藝可以有效避免此類現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于各種材質(zhì)三通、接管座等焊縫兩側(cè)差異較大特殊結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，我們也應(yīng)該舉一反三，采取有針對(duì)性的工藝措施，以獲得滿意的現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量。

[1]《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》DLT 869-2012.

[2]《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》DLT 819-2010.

羅忠(1976一)，男，湖南常德人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事火電建設(shè)焊接管道專業(yè)安裝。