（上海电力安装第一工程公司 上海 200090）
摘要：在湖南株洲电厂工程中，超临界的低温再热器集箱上需要焊接部分短管。短管与集箱的材质不同，属于异种钢焊接（短管材质为12Cr1MoVG，集箱材质为SA-335P12）。集箱管壁较厚（40mm），短管与集箱焊接后的角焊缝需要做热处理。
关键词：焊接 热处理 工业
一、前言
集箱上短管排列紧密，短管之间空间狭小，在布置加热器和控制温度均匀方面难度较大。技术人员根据短管和集箱的特点制定了合理的焊接方法、焊接工艺参数、热电偶布置位置、加热器包扎方法、热处理的各项参数。这一系列的工艺方法在现场取得了很好的效果，所有的短管焊接和热处理质量都符合工艺要求。
二、主要用途
本科技成果可以用于各类短管/集箱的焊接和热处理施工，也可用于其它大口径厚壁管道上疏水放空管焊接。
三、技术原理
3.1 12Cr1MoVG和SA-335P12钢简介
12Cr1MoV和SA-335P12主要的合金元素（Cr、Mo、V）中Cr含量相当，前者的Mo含量略低于后者，前者含V元素而后者没有。总体而言12Cr1MoV合金总含量在1.3~1.85%，P12的合金总含量在1.24~1.9%，两者基本相当。两种材料最大的区别是V元素的含量。V元素能细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而增加钢的强度、韧性和耐磨性。12Cr1MoV在耐高温和机械性能上优于P12。
3.2 低温再热器基本情况：
湖南株洲电厂工程中，其低温再热器出口集箱的材质为SA-335P12，规格为：Φ762×40。集箱上的短管接头材质为12Cr1MoVG，规格为Φ50.8×4。低再出口集箱的两段筒体需要在现场拼接，为了避免管座影响到集箱筒体的焊接，共有4排，每排8根，共32个短管焊口在集箱筒体焊接完成后再进行安装焊接。
3.3 焊接和热处理难点的分析：
短管和集箱焊接与热处理的难点有以下几点：
1）短管和集箱之间的根部要求焊透，需要采取合适的焊接方法。
2）短管和集箱材质不同，由于集箱厚度较大，焊后需要热处理。因此在选择焊接材料时要兼顾两种材料的热处理恒温温度上下限。
3）在焊接过程中，要控制热输入量，防止短管角变形超过2mm。一旦变形超标会影响到低温再热器出口管与集箱的装配精度。
4）短管和集箱焊后需要热处理，集箱管径大管壁厚，短管管径小管壁薄。两者热容量不一致。在热处理时既要保证焊缝达到规定的热处理温度和时间，同时也要防止短管过热。
四、关键技术和创新点
4.1 焊接工艺的选择：短管与集箱的根部间隙狭小，为了保证焊缝焊透我们采用氩弧焊打底，层间和盖面采用手工电弧焊。氩弧焊打底形成的金属层平滑整齐不需要清理焊渣，非常利于电弧焊盖面，能保证层间良好地熔合。
4.2 焊接材料的选择：SA-335P12钢的氩弧焊焊材为TIG-R30，电焊的焊材为R307，焊后的热处理温度为670~700℃；12Cr1MoVG钢的氩弧焊的焊材为TIG-R31，电焊的焊材为R317，焊后的热处理温度为720~750℃。根据行业的规范并考虑P12热处理温度较低，我们选择P12钢的焊接材料——TIG-R30/R307。
4.3 短管焊接顺序采用先中间后两边的方式：集箱的管接头位置比较紧密，为了保证角焊缝的焊接质量，同时也为了方便焊接操作，焊工采用先焊接中间两排的角焊缝，再焊接两边各一排的角焊接，以避免管接头之间相互影响焊接施工。
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4.4 焊接参数的制定
1）选择φ2.5的焊条盖面。焊条直径越大，焊接热输入量就越大，造成焊接接头的热影响区越大，焊接时的层间温度就越难控制。考虑的管接头的焊接条件特殊，选择φ2.5更能满足焊接性能需求。
2）小电流，快速焊。电流是热量的直接来源，电流越大则焊接时热影响区积累的热量越多；在相同的焊接电流下，焊接速度越慢侧熔池吸收的热量越。所以控制较小的焊接电流，快速焊。
3）短焊道，间断焊，窄道焊缝。短焊道，间断焊是在焊接受热面拼缝时常见的防止受热面形变的焊接方法。这种方法可以防止由于局部热量过于集中而引起的变形和过烧。而窄道焊缝侧是从根本上减少热量的输入，降低了焊缝的温度。
4）角焊缝的位置特殊，层间温度较难控制，为保证焊接过程中层间温度达到要求且不超温，我们采用电加热预热，如图5所示。预热温度为150~200℃，层间温度不大于300℃。为了确保施工效率，在每一个短管焊接前，我们对集箱上的坡口和短管同时再进行火焰加热预热。
4.5 焊后热处理测温点布置：
短管和集箱的尺寸相差很大，热容量相差大，在热处理过程中既要确保焊缝达到恒温温度，也要避免短管超温。
4.6 加热器的布置：
用功率5KW、长度9.25m绳式加热器自下而上缠绕在短管和角焊缝上，在一个支管上共饶8~9圈绳式加热器。一根5KW的绳式加热器包裹加热2根相邻的短管角焊缝，一排8个短管使用4根，四排共使用16根5KW的绳式加热器
短管的排与排之间的间隙约为120mm，四排短管和两侧共有5道间隙使用功率10KW、长度18.5m绳式加热器进行加热，每个间隙绕8~10圈加热器。5道间隙总计用了3根10KW的加热器。
热处理共使用19根绳式加热器，80KW功率
4.7 保温棉的布置：
每个短管上分别包扎保温棉，保温的宽度和厚度保持基本一致。四根垂直短管的保温棉容易脱落影响保温效果，我们制作了厚3mm、宽20mm扁铁制作专用夹具，用此夹具紧紧的夹住垂直短管上的保温棉，确保保温效果。为防止穿膛风，短管开口的一端用保温棉堵住。管排之间用保温棉包裹，并适当加大保温宽度。
4.8 热处理工艺设定：
按照DL869—2012 《火力发电厂焊接技术规程》有关条款规定，根据接头材质及母管和支管尺寸，制定热处理工艺：升温速度为156℃/h、降温速度为156℃/h、保温时间为1.5h、降温至300℃以下不控制，热处理温度为670~700℃。
五、与同类先进成果主要技术指标比对情况
生产该低温再热器出口集箱的厂家曾经向我单位提供了现场的焊接热处理工艺，但该工艺与我们制定工艺相比存在以下问题：
第一、厂家工艺采用手工电弧焊，直径Φ3.2的焊条打底，Φ4.0的焊条填充和盖面。由于坡口根部间隙狭小，手工电弧焊打底难度较大且难以保证焊透，用φ3.2的焊条焊接电流较大还容易出现焊穿，焊漏现象。手工电弧焊打底还容易引起夹渣、未熔合等缺陷。角焊缝的厚度较薄，粗直径的焊条进行填充和盖面时焊接电流大，热输入量过高，不利于防变形控制。
第二、厂家的使用焊接材料为R317，与12Cr1MoVG钢相配，焊后的热处理温度为保690~710℃，保温时间150min。690~710℃对R317/12Cr1MoVG来说保温温度过低（R317/12Cr1MoVG焊后热处理温度为720~750℃），难以有效地降低R317焊缝硬度；对P12钢而言690~710℃保温温度又过高（P12焊后热处理温度为670~710℃），
再加上150min的保温时间（集箱在工厂制造时已经进行焊后热处理），会使P12集箱硬度偏软强度下降。
第三、厂家提供的热处理工艺比较简单，没有测温点和加热器布置的说明，现场可操作性较差。
六、结论
可以广泛的应用于超临界、超超临界机组安装，国内大量的Π型锅炉可进行推广。确保锅炉长时间安全运行，降低爆管发生概率，具有很好经济效益和社会效益。
论文作者:戚华山
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：温度论文; 加热器论文; 焊条论文; 工艺论文; 电弧论文; 电流论文; 打底论文; 《电力设备》2017年第27期论文;