馬強 李玉超 許繼和 周祥

摘 要：山陰二期350MW超臨界循環(huán)流化床機組熱段三通為異形結(jié)構(gòu)件，材料為SA-335P91，焊接工藝要求焊前預(yù)熱，焊后立即對焊口進行熱處理。然而該三通體積較大，廠家預(yù)留焊接部位長度較短，為焊口的焊后熱處理帶來極大困難。本文對該型焊口焊后熱處理工藝進行了創(chuàng)新性研究，制定出了一套行之有效的熱處理工藝，可作為一種良好工藝實踐供今后同類型項目參考應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：P91;異形三通;大徑厚壁;熱處理

中圖分類號：TK226.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0171-02

0 引言

在火電機組施工中，主蒸汽、再熱熱段管道系統(tǒng)中的異形大三通接口焊縫一直是傳統(tǒng)熱處理施工的難點，若采用傳統(tǒng)電阻加熱設(shè)備，不但要根據(jù)三通管件的形狀和尺寸定制復(fù)雜的陶瓷加熱器片，而且焊口綁扎固定困難，加熱過程中升溫困難及加熱器片短路等現(xiàn)象普遍，極少數(shù)焊縫能夠一次性順利完成熱處理，且熱處理后焊縫硬度檢驗常常不能滿足規(guī)程要求，還要進行二次熱處理，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)硬度始終不合格或者母材過燒，直接導(dǎo)致管件報廢。山陰二期項目為350MW超臨界循環(huán)流化床機組，其熱段蒸汽管道中同樣采用了Y形異形三通，該三通尺寸較大，其中一端預(yù)留的焊接長度過小，給焊前預(yù)熱及焊后熱處理均造成了極大困難。在對該情況進行了深入研究后，為確保焊口處金屬順利達到熱處理溫度并穩(wěn)定恒溫，我們最終制定了在三通內(nèi)外同時布置加熱片進行熱處理的工藝方案，事實證明該方案切實可行，熱處理過程十分順利，最終硬度檢測全部合格且數(shù)值十分理想。下面就對該工藝方案進行詳細介紹。

1 項目背景

山陰二期2×350MW低熱值煤發(fā)電供熱工程為超臨界循環(huán)流化床機組，其高溫再熱蒸汽管道（熱段）異形三通焊口，位于汽機房6米層，材質(zhì)為SA-335P91，接口規(guī)格為φ561×20，三通長1.20米，厚度四面為180mm，四角為220mm，焊接位置預(yù)留管段長度僅為3cm左右，如圖1所示。

2 熱處理施工難點分析

該三通為異形件，體積較大，材質(zhì)為SA-335P91，焊口焊接完成后需進行750℃～770℃恒溫2小時的高溫回火處理。焊接位置預(yù)留管段長度僅為3cm左右，按照DL/T819《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》要求，該焊口焊后熱處理加熱寬度以焊縫為中心每側(cè)不低于140mm，保溫寬度每側(cè)不低于180mm。很明顯三通側(cè)預(yù)留部分長度完全不滿足要求。這將造成焊縫加熱寬度不足，升溫時溫度將向三通一側(cè)大量散失，導(dǎo)致焊縫區(qū)域無法達到設(shè)定溫度，造成熱處理失敗，焊縫硬度及金相組織不合格，焊縫機械性能無法滿足使用要求。同類型機組該位置焊口即發(fā)生過反復(fù)熱處理硬度仍不合格的質(zhì)量問題，需要引起我們足夠重視。

3 熱處理工藝分析

通過以上分析可以得知，若要使得焊口熱處理成功，就需要熱處理區(qū)域達到設(shè)定溫度并能夠穩(wěn)定恒溫。為彌補三通伸出長度的不足，需要在三通一側(cè)進行輔助加熱，將三通整體升溫，最大限度的阻止焊縫處熱量散失，直至焊縫位置達到750～770℃的熱處理溫度要求。傳統(tǒng)方法是在三通外側(cè)包裹足夠功率的加熱片，用保溫巖棉整體包裹進行加熱，然而該三通內(nèi)壁與外壁間厚度接近200mm，角部最厚處達到220mm，如果僅采用外壁加熱，溫度極難滲透至三通內(nèi)部，焊縫溫度將向三通側(cè)散失導(dǎo)致無法到達設(shè)定溫度。在對三通構(gòu)造進行研究后發(fā)現(xiàn)，另一開口端長度適宜，在焊接開始前將三通內(nèi)側(cè)布置加熱片，內(nèi)外同時加熱升溫具備可操作性，方案可行。

4 焊后熱處理方案

4.1 三通側(cè)加熱片及熱電偶布置

4.1.1 三通內(nèi)側(cè)加熱器布置

按照擬定的熱處理工藝，需要焊前在三通內(nèi)側(cè)布置加熱片對三通進行整體加熱。根據(jù)三通內(nèi)徑，選用3片規(guī)格為560×435mm的10KW加熱片，即可滿足要求。首先固定熱電偶，為方便熱電偶取出及保證冷端溫度，需將熱電偶延長至三通出口外側(cè)。將連接好的熱電偶熱端使用點焊機分別點焊在三通內(nèi)側(cè)外緣4點鐘、8點鐘、12點鐘方向，之后使用透明膠帶進行固定。透明膠帶首先對熱電偶起到固定作用，其次由于其比較光滑，摩擦力較小，在向三通內(nèi)側(cè)塞入加熱片及保溫巖棉時能防止熱電偶被蹭掉。布置效果見圖2。

熱電偶布置好后，即著手放置加熱片。因加熱片需放置在三通內(nèi)側(cè)，為確保加熱器能夠緊貼內(nèi)壁且固定牢固，同時做好巖棉保溫，我們采取了如下方法：首先測量三通內(nèi)徑，實測為520mm;然后將保溫巖棉（寬度620mm）卷成圓筒狀，保證卷壓密實，直徑為530mm;將三片10KW加熱片使用鐵絲均勻固定于巖棉表面，效果如圖3。

制作完成后，將加熱裝置塞入三通內(nèi)（加熱片辮繩由三通開口側(cè)引出），確保熱電偶位于加熱片中心位置，效果如圖4。

4.1.2 三通外側(cè)加熱片及熱電偶布置

三通外側(cè)使用6片規(guī)格為600×405mm的加熱片將三通上、下以及側(cè)面全部覆蓋，使用鐵絲綁扎固定牢固，熱電偶則點焊于每片加熱片中心。固定好后使用巖棉（寬度820mm）將三通整體包裹，保溫寬度100mm。

4.2 焊縫側(cè)加熱片及熱電偶布置

焊縫側(cè)采取分區(qū)控溫，設(shè)置上下左右四個加熱區(qū)，每個區(qū)域采用5KW陶瓷加熱片進行加熱，加熱片尺寸為450×250mm，熱電偶布置于焊縫外緣，為確?？販鼐珳?zhǔn)，熱電偶采用點焊方式固定。由于焊縫位置位于加熱片邊緣，偏離加熱中心，為防止加熱中心超溫引起母材過燒，在加熱片中心點焊一支熱電偶用于監(jiān)測溫度。為防止可能發(fā)生的升溫困難，在加熱片旁邊再纏繞10KW加熱繩用于減少加熱區(qū)域熱量散失，確保焊縫位置順利到達設(shè)定溫度。

4.3 熱處理工藝參數(shù)設(shè)置

焊口焊接完成后，首先待焊口冷卻至80～100℃時進行恒溫兩小時的馬氏體低溫轉(zhuǎn)變，之后開始升溫?zé)崽幚怼Ｓ捎诓捎昧藷犭娕键c焊，測溫更為精準(zhǔn)，為防止超溫，焊口側(cè)熱處理恒溫溫度設(shè)定為下限750℃，恒溫時間為2h。為保證三通側(cè)熱量充分滲透從而使得焊口側(cè)平穩(wěn)升溫，將升降溫速度設(shè)定為90℃/h。三通側(cè)輔助加熱片設(shè)定恒溫溫度為735℃，升降溫速度同樣為90℃/h，兩側(cè)同時開機進行熱處理。熱處理工藝曲線如圖5。

5 焊縫檢測

熱處理完成后按要求對焊縫進行硬度及超聲檢測。硬度檢測結(jié)果如表1。

硬度值非常理想，標(biāo)志著焊后熱處理一次成功。

6 熱處理后管道清理

由于采用了內(nèi)外側(cè)同時加熱的熱處理方案，且機組對管道內(nèi)部清潔度有極高的要求，所以熱處理完畢后重點對內(nèi)部的熱處理材料予以徹底清理。待三通溫度降至室溫后，首先對外側(cè)保溫材料及加熱器予以拆除，隨后由熱處理工穿戴嚴(yán)密的防護服，由三通開口側(cè)進入，將內(nèi)部的巖棉扯松后陸續(xù)取出，并拆除內(nèi)部加熱器及熱電偶。最后將內(nèi)部全面打掃清理干凈，確保無任何遺留物，至此整個熱處理過程結(jié)束。

7 結(jié)語

本項目熱段異形三通焊口由于其自身外形尺寸特點給焊后熱處理帶來了極大困難，稍有不慎即會造成焊縫硬度不合格乃至母材過燒，對質(zhì)量及施工進度帶來極其重大的損失。異形三通焊口在以往火電機組中較為多見，對其進行的焊后熱處理工作對熱處理技術(shù)人員來說都是一次嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來由于施工方的不斷反饋，要求廠家在制造該類型三通時要充分考慮現(xiàn)場施工的可操作性，盡量將焊接部位長度在工廠預(yù)制時予以加長，滿足現(xiàn)場熱處理加熱寬度要求，以降低操作難度及施工風(fēng)險，使得該類型三通已經(jīng)較少出現(xiàn)。在現(xiàn)場施工中遇到該類型焊口時，相關(guān)人員一定要高度重視，超前策劃，積極收集相關(guān)資料，擬定合理的熱處理方案，并嚴(yán)格過程監(jiān)督與落實，以保障焊后熱處理一次成功。本案作為一種創(chuàng)新型的熱處理方案，具備可操作性與可行性，可作為一種良好實踐供今后同類項目參考、借鑒。