摘要：巴基斯坦某项目P91钢管到货后经抽检发现部分母材硬度较低，按照常规焊后热处理工艺进行热处理将会造成管道母材硬度偏低，如何在热处理过程中降低焊缝硬度的同时，避免母材硬度低于规程要求的范围，经过讨论及评定试验，采取了降低热处理恒温温度，采用更为精准的控温方式、增加加热宽度等措施，控制母材硬度值在规程规定的范围之内。
关键词：P91焊口；母材硬度低；热处理；精确控温；加热宽度
一、引言
P91钢属于马氏体耐热钢，其焊接性能较差，焊后需进行热处理，本项目到场的部分P91管道母材硬度较低，硬度值在180-190HB之间，按照传统工艺处理将造成部分管道母材硬度低于标准下限值180HB，热处理过程需进一步调整并采取有效措施，在降低焊缝硬度的同时，减少对母材硬度的影响，满足施工要求。
二、P91管道硬度检测
巴基斯坦某火力发电项目，P91管道到货后进行抽检，存在部分管道硬度值偏低，接近硬度合格范围值的下限180HB，但管道的硬度值在180HB到250HB合格范围之内，随即联系实验室人员将所到管道100%进行硬度检查，经检查后统计，其中29只规格为 Φ595.8×82焊口将要使用硬度值偏低的P91管道，管道的硬度值在180-190HB之间。P91管道焊口焊接完成，经低温转变后，需要及时进行焊后热处理，以便于焊口焊接过程产生的应力及时释放，降低焊缝硬度，在焊缝硬度降低的同时，母材硬度也会有一定程度的降低，这将会造成母材硬度值进一步降低，甚至将低于规范允许的范围。
三、常规热处理方法将造成母材硬度低
通常采用的热处理恒温温度为760度，恒温足够的时间，焊缝应力充分释放，焊缝硬度检测结果良好，母材硬度值一般也会降低0-10HB左右，母材硬度将会低于180HB。现场组合安装工作已经全面展开，如果要求厂家重新供货将会影响工期，且厂家供应的P91管道硬度值尚在火电厂金属监督技术规程规定合格范围以内，只是硬度值已经接近合格范围的下限值，因此需要现场施工人员调整现有的热处理工艺，根据目前所到管道的硬度值进一步研究，充分利用现场现有的设备、材料，制定有效的热处理工艺，做到降低焊缝硬度，满足应力释放的同时，避免母材硬度过度降低，满足施工需要。为了满足在降低焊缝硬度的前提下，较少对母材的影响，避免母材硬度进一步降低。在这里我们通过采用更为精确的测温方式，从降低加热温度，增加加热宽度，调整保温厚度等方面着手，保证焊口及管道的热处理质量。
四、选择合适的热处理工艺
1、确定恒温温度
抽取硬度较低的管道焊接后进行焊接热处理测试，焊接前坡口附近管道硬度最低点为183HB，热处理设备使用DWK-360型热处理设备，按照原先工艺设定恒温温度为760°C，热处理后进行检测，管道硬度为176HB，略低于规范规定的硬度最低值。减少管道母材硬度值降低的一个有效途径为降低恒温温度，焊接热处理规程规定的热处理恒温温度750-770°C之间，尝试采用较低的温度进行热处理，参考已完工各项目经验，古德洛尔项目P91焊口热处理，采用的恒温温度为750°C，通过了工艺评定及焊接热处理实践，热处理后焊缝的硬度值在合格范围内，且管子硬度降低相对较少，古德洛尔项目采用的热处理设备为感应热处理设备，加热从内到外，热处理效果良好，保证了焊缝硬度100%合格。本项目部采用的热处理设备主要通过电脑控温，采用陶瓷加热设备对管道进行加热，通过管道本身进行热量传导，结合本项目使用的热处理设备因素，将热处理温度定为752°C，通过降低恒温温度来减少对母材硬度的影响。
2、选择更为精确的测温方式
热电偶固定方式主要有绑偶和点偶两种方式，绑偶的方式是通过铁丝绑扎固定将热电偶与管道紧密接触，这也是最常用的固定方式，优点在于对管道没有损伤。点偶的方式是指用点焊机将热电偶直接点焊在管道上，其优点在于测量的温度更接近于管道。两种测量方式测得的温度具体相差多少，现通过简单实验进行测量，热处理过程中，将控温热电偶采用点焊的方式与管道固定，并在其附近绑扎两只监控热电偶，分别采用绑偶和点偶的方式，通过反复多次测量，绑偶测量的温度与点偶相差10-25度，温度相差较大，因此可以判定采用点偶的方式温度测定更为准确；针对另一种疑问，点偶的方式损伤母材，甚至有人提出点偶过程会造成P91管道产生裂纹，影响管子质量，这可能也是多数人选择绑偶方式的一个重要原因。为验证是点偶对管子的损伤是否影响管子质量，我们打磨出一块150×150mm 的P91试块，进行点偶试验，检测对试块影响的深度及是否会产生裂纹。将热电偶点焊机电流调与现场点焊时相同电压（约100伏特），为便于测量，在金属板边沿的四个边位置进行点焊试验，并将测点按顺时针标号分别为1、2、3、4，使用螺旋测微器测量并记录四个测点位置的厚度，点焊合格后用磨光机将点偶的痕迹打磨掉，直至表面显示出金属光泽，再分别对四个点进行厚度测量，并计算厚度减少量，测量结果如下：
打磨的厚度远远小于硬度检测打磨深度（0.5mm-1mm）的范围，在母材厚度打磨允许的范围之内。
对试验板表面做渗透检验，没有发现裂纹的存在，由以上可以判定热电偶采用点焊的方式对母材影响较少，且更有利于准确测量管道实际温度。
3、增加加热宽度
现场焊口采用局部热处理，用来改善焊接接头的性能和消除焊接残余应力，加热宽度是影响焊口热处理效果的最重要的控制参数之一，然而对于加热宽度的确定，各国标准规定就很不一致，研究表明，局部热处理后的最大残余应力随加热宽度的增加而降低，当加热宽度达到一定值时，残余应力变化十分缓慢, 可找到临界加热宽度，其残余应力值与均匀热处理时十分接近。规格为 Φ595.8×82的P91管道，按国标规程规定，加热宽度不小于328mm。为达到良好的热处理效果，我们可以适当增加加热宽度，提高热处理的效果，将总加热宽度增加到1000mm（每侧500mm），保温宽度每侧增加200mm，并将焊缝位置300mm采用两侧岩棉搭接方式，确保焊缝热处理效果。
4、与三通焊接采用辅助加热
管道与三通等异型结构焊接，焊缝处采取同样措施，使得实际被加热的最高温度位于被热处理的焊缝上。由于三通等厚度大，升温困难，应在其内部采用辅助加温，如果与三通相连接的管长度大于1米，应采取加短节与三通焊接，保证内部可有有效布置辅助加热设备，并采用塞岩棉方式将加热器片与内管壁紧密接触，确保热处理一次成功。
5、热处理工艺如下：
预热温度控温点制定为200度，预热温度达到200摄氏度后，恒温一小时。
氩气纯度需≥99.995%，流量正面采用8-10L/min,背面保护流量10-12L/min。
层间温度不超过250℃。
热处理工艺，恒温温度控温点752℃，恒温7h，焊后升降温速率控制在76℃/h。
焊后不采用后热，将焊件温度降至90℃，恒温2小时，进行低温转变。
热处理采用远红外陶瓷加热法，热电偶测温，电脑温控仪控制，自动记录温度曲线。采用铠装热电偶接触测温，每只焊口布置四个主控热电偶，四个监控热电偶。测温点布置在焊口的焊缝中心，横口测
温点采用对称布置，吊口测温点分别布置在顶部和底部，监控热电偶分别布置在3点、6点、9点和12点位置，加热宽度从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的4倍（采用500mm）。保温岩棉采用50mm，保温宽度每侧700mm。
焊接热处理过程曲线如下：
此批管道29只焊口采用此工艺进行焊接热处理，热处理后进行了硬度检验，焊口硬度降到的合格范围，母材的硬度值下降在0-5HB，母材硬度合格，焊口无损检验合格，各项性能均能满足要求。
结论 经研究制定的新热处理工艺满足了焊缝应力释放要求，且母材硬度降低较少，适用于母材硬度较低的P91管道焊接施工要求，可以用于指导现场焊接工作。施工过程中发现问题时，需要我们认真思考，本着科学的态度去认真分析研究，找出最佳方案，不断地完善焊接热处理工艺。
参考文献
[1]张文钺.焊接冶金学（基本原理）.机械工业出版社.2004-2-1.
[2]DLT 869-2012.火力发电厂焊接技术规程.国家能源局发布 2012-1-4
[3]DLT 819-2010火力发电厂焊接热处理技术规程.国家能源局发布,2011-1-9.
[4]刘双奎.P91焊接热处理工艺研究.科技创新导报,2014-8-12.
论文作者:刘双奎,张宏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：硬度论文; 管道论文; 温度论文; 宽度论文; 热电偶论文; 恒温论文; 方式论文; 《电力设备》2017年第17期论文;