火电厂管道异种钢的焊接问题及解决措施探析

杜幸福

（1.中国电建集团河北工程有限公司，河北 石家庄 050021；2.河北省大型电站机炉安装技术创新中心（筹），河北 石家庄 050021）

我国电力行业在新经济发展时代背景下，获得长足发展，并且为社会发展奠定坚实的物质基础。电力行业发展质量与建设水平受到火电厂机组的影响较大，各工业机组的运行容量日渐提升，成为行业发展的基础性保障。异种钢在工业机组容量扩展的背景下得以广泛使用，在连接异种钢时采取的焊接技术也逐渐被提上研究日程。为确保焊接作用得以维继，全新的焊接技术应运而生。但是在当前的行业应用中，焊接技术仍旧存在着应用弊端，亟待操作人员提出针对性解决方案，提升操作质量。

1 异种钢焊接的定义

一般情况下，异种钢焊接是指将多种材质的钢材，通过焊接的方式进行连接，使其熔融在一起，比如最为常见的异种钢焊接有马氏体钢与珠光体刚焊接、非奥氏体钢与奥氏体钢焊接和贝氏体钢与珠光体钢焊接等。

1.1 异种钢焊接的接头特点

就焊接的本质而言，异种钢焊接接头与同种钢焊接接头之间存在着差异性，这种现象出现的原因，归根结底是两侧位置的焊接热影响区域、熔敷金属热影响区域以及母材不均匀。

第一，化学成分不够均匀。在焊接钢材期间，加热时两侧位置的母材融化量、母材融化区和融敷金属的各类成分受到稀释作用的影响而出现不同程度的变化，导致化学成分存在着严重的不均匀现象。

第二，组织成分不够均匀。接头内部的所有组织因为受到焊接时的热循环影响而出现不均匀的问题。另外，在极个别的区域范围内，还将会出现具有复杂性的组织结构。

第三，应力场分布不够均匀。异种钢焊接接头位置的导热系数和膨胀系数受到成分和组织变化等因素影响，呈现出差异性。塑性区域也因为热膨胀系数的不同而不同。热应力也因受到导热系数的影响而出现不同。当热应力和组织应力共同产生作用的时候，将会在异种钢焊接的接头位置形成应力峰值，导致接头发生断裂。

1.2 异种钢焊缝技术成分与组织控制

因为焊接异种钢时母材与焊材不同，需要对焊接金属的性能、组织以及成分进行推算。对稀释率产生影响的因素有以下4种：

第一，预热情况的影响。若是预热的温度增加，那么将会因为熔深增加而增大其稀释率。若是预热的温度下降，那么将会因为熔深减少而降低稀释率。所以在进行处理的时候，合理控制预热温度，适中处理。

第二，焊接参数影响。当电流量越大时，稀释率也就越大，当焊接速度降低时，稀释率也就越低。焊接参数值受到母材熔化单位面积的大小影响。

第三，焊接接头形式。当坡口增大时，将会降低稀释率。当坡口减小时，稀释率变化将基本保持稳定。

第四，焊接方法。

2 火电厂管道异种钢焊接问题分析

2.1 异种钢焊接时的碳元素处理问题

火电厂管道异种钢焊接期间，施工者将面临着碳迁移问题，若是处理措施不当，势必会造成熔合线周围位置有扩散带出现，同时在珠光体一侧位置出现脱碳层。除此之外，还会导致在相邻奥氏体焊缝一侧位置出现增碳层。倘若脱碳层从原来的珠光体转化为铁素体，将会降低本身硬度值，出现软化现象，由此以来，极容易产生大粒径的颗粒。铬的碳化物被析出，使得增碳层被硬化，大幅度降低高温强度。火电厂管道异种钢焊接缝隙脆性随之强化。若焊接异种钢期间，熔合线周围发生碳迁移现象，则表明在焊接头处有着很大的可能性，已经出现了低应力蠕变断裂现象，接头效用丧失。

焊接异种钢的温度不超过650℃时，析出碳化物需要较长的时间，且伴随着时间拉长，析出的碳化物也持续增加。焊接异种钢的温度超过650℃时，析出的碳化物将会先增加，且随着时间的增加而不断减少。若是焊接异种钢时对温度控制不够准确，势必会影响碳化物，导致焊接接头效用丧失。

2.2 网状组织存在的问题

众所周知，火电厂本身所处的环境过于复杂，并且其自身组织结构也比较繁琐，当火电厂管道放置于特殊环境中时，需要对管道材料作出全新选择。在一般情况下，需要采用高合金钢完成火电厂管道制作。就此种类型的管道而言，在实施焊接的时候，组织将会呈现出网状结构。换言之，钢材属于网状组织。就奥氏体刚而言，在焊接期间，由于受到高温环境的影响，使得钢材内部的碳化物析出的速度快速增加，影响焊接接头。当碳化物沿着奥氏体晶界被析出的时候，便会形成网状结构。

3 火电厂管道异种钢焊接处理要点

3.1 焊接管道的热处理工艺

首先是管道焊接期间的冷却和加热方式。在进行加热的时候，需利用电感应加热方式、局部火焰加热方式等多种加热方法，保持金属温度的均衡性，合理地掌控焊接温度。在进行冷却的时候，需要利用绝热方式、局部加热方式和炉内冷却方式等多种冷却方法，保持金属的冷却速率。

其次是对焊接管道整体热处理。焊接完成以后，需将应力热处理工作管道组建去除，在处理炉中实现整体热处理，但是在实施处理时，坚决不能使用焊接阀门等部件。

再次是对焊接管道分段热处理。完成焊接以后，需对管道组件实施应力热处理，采取分段处理的方式，对加热长度做好严格控制。除此之外，在实施维护的时候，可以将加热的位置跳过，从而规避不良温度梯度。

最后是焊接管道局部热处理。在对异种钢焊接缝隙进行处理时，需对环形带进行加热处理，加热期间，基于焊缝中心点，每端需要将焊接的缝隙扩展到原有的3倍，并且要保证超过25 mm。就未处于加热区域范围内的管道，应做好保温处理。焊接主要管道和支线管道期间，要紧紧围绕管道环带，保证截面位置达到设定的温度。从焊接缝隙的中间位置开始，对加热宽度进行计算，将宽度控制到主管壁厚的6倍之多，未处于加热区域范围内的管道，应做好保温处理。

3.2 优化异种钢焊接技术

焊接异种钢选择的焊接技术至关重要，除了密切联系焊接质量以外，还要考虑对焊接之后各项处理工作产生的影响。所以，在异种钢焊接过程中，选择的焊接技术要从以下几个角度展开。

第一，需保障焊接异种钢时采取的方法达到焊接时所提出的质量需求，最大限度地将熔合比降低，通过这种方法以有效降低裂纹出现的几率。除此之外，在对焊接方法进行优化选择的时候，还需要考虑其经济性和先进性。

第二，焊接异种钢时，可利用焊条。通过焊条电弧焊焊接异种钢，主要是由于焊条的类型相对较多，在焊接的时候，能够表现出良好的适应能力。焊接高铬马氏体钢和珠光体钢时，可选择使用二氧化碳作为保护气体。在焊接高合金异种钢时，可选择使用氩弧焊实施焊接。若是焊接的异种钢构件相对简单，那么此时可选择使用扩散焊接或者是钎焊的方式完成。

3.3 异种钢材料选择

当不能同时兼顾塑性和强度时，若确保没有出现裂痕等缺陷选择使用的材料一般为良好韧性和塑性的材料。当焊缝金属材料为2种母材料当中的一种时，此时断定材料已经达到使用需求。采取钢焊接的方式焊接不同强度等级的材料时，需以最低强度的母材为参照，完成焊接材料选择。根据母材的强度情况对工艺措施作出选择。选择使用的焊接材料，要尽可能地保证其具有良好的抗裂性能，比如使用碱性焊条。

4 解决火电厂焊接管道异种钢焊接的措施

4.1 优化异种钢焊接水平

首先要选择合适的焊接方式完成异种钢焊接，提高焊接方式的合理性与科学性，保障焊接质量和焊接效率。所以，在选择焊接方式的时候，首先要与实际工程情况相结合，适当地将熔合比降低，杜绝裂痕现象出现。其次要充分考虑焊接技术的经济性与先进性。在焊接接头位置时，需综合考量稀释率，就较大厚度的异种钢而言，焊接过程中需采用U型焊接坡口或X型焊接坡口。选择异种钢焊接电流、焊接速度以及焊接层数时，可适当性地降低母材熔化。若是在进行焊接的时候有2种母材，其中有一种母材属于淬硬钢，那么在实施焊接前，需展开预热处理，以焊接材料为依据，合理选择加热温度。预处理要以需要进行焊接的钢材型号为依据，合理地选择加热温度。

4.2 优化焊接热处理工艺

开展焊接热处理之前，要彻底清理干净管材上的障碍物，之后要仔细检查用于焊接的各类仪器设备，经常使用的仪器设备有记录仪、加热器等，需要对各类材料的运行状态予以明确，在设备开始运行之前，要进行合理的检查，保证焊接工作有序开展。在进行焊接的时候，焊接位置处于暴露的环境下，在实施焊接之前，要根据实际情况完成防雨棚搭建，从而有效规避不良天气变化产生的恶劣影响，为整个焊接工作提供良好环境。焊接工作开始前，需再次检查，科学测温，合理布置测温位置，一切通过检查后，方可开展施工。完成热处理以后，还需要更深一步探究焊缝存在的伤痕，若是探测结果显示没有达到标准，需要重新处理，直至合格。

4.3 优化热处理工艺

在当前阶段，异种钢焊接施工经常采取电加热法完成。在具体操作中，首先要焊接细小的缝隙，在必要的时候，要对焊接缝隙缠绕加热绳。缠绕加热绳的过程中，要尽可能保证宽度为6倍焊缝。在此之后，通过使用钢带扎紧异种钢内部的保温材料，杜绝在焊接过程中出现保温材料脱落的现象。在装设保温材料过程中，要严格杜绝有加热器引线从保温层的内部位置穿过，从而避免导线高温发热现象而造成绝缘层出现熔化。

4.4 其他注意措施

只有当焊接工艺达到焊接需求时，才可以在焊接施工中被推广。明确焊接工艺后，需要与施工技术要求相结合，合理地控制施工现场温度。避免焊接期间在母材的非焊接位置临时设置装置，定位焊接时，要详细检查焊缝质量，及时清理焊缝。完成焊接工作后，要打磨焊疤，合理控制焊缝厚度与宽度。

5 结束语

制作火电厂管道，异种钢的应用已经变得极为普遍，为保证焊接质量，需合理地展开管理，灵活地将多种施工技术应用到焊接中，完成施工。在焊接期间，受多种因素影响而出现各类问题，只有不断优化，提出应对措施，才可以实现焊接质量提升。