低溫環(huán)境下提高ASTMA335P92鋼管焊接環(huán)境溫度及熱處理措施

低溫環(huán)境下提高ASTMA335P92鋼管焊接環(huán)境溫度及熱處理措施

Summary：在我國冬季北方大部分地區(qū)，環(huán)境溫度都低于零度，這個環(huán)境溫度不能滿足DL/T869《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》對ASTMA335P92鋼管的焊接環(huán)境溫度的要求，如果要在這樣的環(huán)境下進(jìn)行焊接施工，就必須要采取有效的措施來提高焊接環(huán)境溫度，以達(dá)到焊接施工對環(huán)境溫度的要求，并采取合理的熱處理措施，才能較好的保證ASTMA335P92鋼管在低溫環(huán)境下焊后熱處理的質(zhì)量。Keys：焊接措施、環(huán)境溫度、加熱、焊接、熱處理1.ASTMA335P92鋼簡介為了提高火力發(fā)電機(jī)組效率、降低碳排放量，現(xiàn)在燃煤機(jī)組及燃?xì)廨啓C(jī)組均向著超超臨界燃煤、H級燃?xì)獾母邊?shù)發(fā)展，ASTMA335P92（化學(xué)成分詳見表1）這種新型耐熱鋼因有良好的物理性能及高溫性能，在高參數(shù)的燃煤機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組上得到了廣泛的運用，它不僅大大減少了蒸汽管道的厚度、減少了材料的用量，還提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。表1ASTMA335P92鋼化學(xué)成分（％）化學(xué)成分CMnSiCrMoVNi含量（%）0.07～0.130.30～0.60≤0.508.50～9.500.30～0.600.15～0.25≤0.40化學(xué)成分NBWNbAlSP含量（%）0.030～0.0700.001～0.0061.50～2.000.04～0.09≤0.040≤0.010≤0.0202.低溫環(huán)境下提高ASTMA335P92鋼管焊接環(huán)境溫度的措施在項目的施工過程中，由于工程工期、施工進(jìn)度、設(shè)備到貨等因素的影響，ASTMA335P92鋼管的現(xiàn)場焊接施工可能會在冬季室外進(jìn)行。而在我國北方，大部分地區(qū)冬季溫度均會低于零度，部分地區(qū)更有零下三四十度的低溫，這種環(huán)境溫度完全不能滿足DL/T869《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》對ASTMA335P92鋼管的焊接環(huán)境溫度不能低于5℃的要求。為了保證ASTMA335P92鋼管焊接施工環(huán)境溫度不低于5℃。經(jīng)過多種方法比較，最后選擇用現(xiàn)場熱處理閑置的舊繩索加熱器對焊接施工環(huán)境進(jìn)行加熱的措施。2.1室外密閉焊接施工區(qū)域的搭設(shè)在低溫環(huán)境室外焊接施工時，為了便于焊接施工環(huán)境加熱，首先要在焊接作業(yè)區(qū)域搭設(shè)一個相對比較密閉的焊接作業(yè)空間，根據(jù)DL/T869《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》對焊接操作的最低環(huán)境溫度可在施焊部位為中心，半徑1米的空間范圍內(nèi)測量的要求，搭設(shè)的焊接作業(yè)空間不應(yīng)小于2m×2m×2m。根據(jù)這個情況，在施工組合場焊接時為了減少搭設(shè)焊接操作間的工作量，我們可采用彩鋼夾芯板搭建一個焊接小室，寬不小于2米，長2～2.5米，高2.0米左右，具體尺寸可根據(jù)現(xiàn)場情況制作。在焊接小室放管子的方向開上門形口，高度大于組合架加上管子直徑，以便在使用時騎在管子上。焊接小室頂部設(shè)可開關(guān)排煙孔，便于在焊接施工時排除焊接產(chǎn)生的煙塵，在焊接小室墻壁的底部放繩索加熱器的地方開上可調(diào)節(jié)大小的進(jìn)氣孔，作用是在焊接施工時與頂上的排煙孔形成對流便于焊接產(chǎn)生的煙氣排除；在焊接施工前為了較快提高焊接小室內(nèi)的環(huán)境溫度，可把焊接小室底部進(jìn)氣孔和頂部的排煙孔均關(guān)閉。使用時待鉗工把要焊接管道在工件組合架上組裝完固定好后，用組合場的龍門吊或其他吊車把焊接小室吊裝到位。為了隔絕地面冷氣和保溫，提高加熱效果在地板上鋪上保溫棉，所開門形口用加厚汽車篷布（或棉門簾）遮好，最好里外遮兩層；為了防火最好在保溫棉上及門簾內(nèi)側(cè)鋪上防火毯。繩索加熱器架子的高度應(yīng)和焊接小室下部的進(jìn)氣孔高度相適應(yīng)，避免加熱器或是進(jìn)氣孔過高、過低影響加熱效果。彩鋼夾芯板焊接小室及加熱器布置如圖1所示。圖1彩鋼夾芯板焊接小室及加熱器布置示意圖在高空和其他不便使用焊接小室的露天地方焊接時，可利用鋼架管搭設(shè)焊接小室，下面鋪設(shè)鋼跳板，搭設(shè)的大小根據(jù)現(xiàn)場的具體情況確定。四周和頂部用加厚汽車篷布進(jìn)行封閉，頂部留上排煙孔，為了提高小室內(nèi)的加熱效果，最好用鋼架管搭設(shè)兩層篷布，以便于隔絕外面冷氣和保溫，提高加熱效果；同焊接小室一樣，需要在鋼跳板上鋪上保溫棉及防火毯。為便于焊接施工時煙霧的排放，在搭設(shè)時可在上方搭設(shè)一個可以打開及關(guān)閉的排煙孔、在放加熱器架子的下方鋼跳板上鋪上可以隨時打開和蓋上的保溫棉及防火毯，便于加熱和焊接施工時根據(jù)情況進(jìn)行打開和關(guān)閉。2.2繩索加熱器架子的制作先用鋼材制作好繩索加熱器架子，加熱器架子的長和寬可根據(jù)現(xiàn)場焊接小室的具體尺寸來確定，高度根據(jù)現(xiàn)場焊接小室下部進(jìn)氣孔高度來確定。固定繩索加熱器的面應(yīng)做成與水平呈45°夾角，這樣能有效提高熱輻射的面積，改善加熱效果。加熱器架子做好后，再把舊繩索加熱器穿入管徑大小合適的金屬軟管中或是直接把繩索加熱器彎成S形，用鐵絲固定在加熱器架子45°的斜面上，最后在加熱器的上面做個防護(hù)網(wǎng)，以防止加熱高溫時發(fā)生燙傷。加熱器架子及繩索加熱器制作、布置如圖2所示：圖2加熱器架子及繩索加熱器制作、布置示意圖2.3焊接施工區(qū)域環(huán)境溫度的測量、控制和監(jiān)控根據(jù)DL/T869《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》對焊接操作的最低環(huán)境溫度可在施焊部位為中心，半徑1米的空間范圍內(nèi)測量的要求，在ASTMA335P92鋼管焊口的上、下、左、右及兩端1米的空間范圍內(nèi)分別布置上熱電偶。為了確保熱電偶測溫的穩(wěn)定，可在熱電偶的測點上包上適當(dāng)厚度的保溫棉，以減少測溫的劇烈波動。所有的熱電偶均通過補(bǔ)償導(dǎo)線連接到焊接環(huán)境加熱繩索加熱器溫度控制柜上，接上自動記錄儀記錄好焊接環(huán)境溫度，在加熱器溫度控制柜上設(shè)置好焊接環(huán)境加熱器的升溫速度，根據(jù)焊接環(huán)境溫度記錄，把溫度最低那個焊接環(huán)境溫度測點作為焊接環(huán)境溫度加熱器的控制溫度，并把焊接環(huán)境控制溫度根據(jù)情況設(shè)置為大于5℃，以保證焊接施工區(qū)域環(huán)境溫度不低于5℃的要求。這樣不僅可以對焊接施工環(huán)境溫度進(jìn)行自動加熱、測量和記錄，還降低了工作人員的勞動強(qiáng)度。3.ASTMA335P92鋼管低溫環(huán)境下熱處理措施焊后熱處理工作是改變金屬微觀組織結(jié)構(gòu)及減小偏析、釋放焊接應(yīng)力，改善焊接接頭物理性能的一種手段。由于ASTMA335P92鋼管在焊后熱處理時對熱處理溫度的敏感性，在低溫環(huán)境下體現(xiàn)的就更為突出，如果在ASTMA335P92鋼管焊后熱處理過程中不能較好的解決這個問題，將會導(dǎo)致ASTMA335P92鋼管焊接接頭性能下降，嚴(yán)重影響ASTMA335P92鋼管在生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效益，并增大了生產(chǎn)安全隱患。因此，為了避免環(huán)境溫度低給ASTMA335P92鋼管焊后熱處理帶來的熱處理質(zhì)量問題，在低溫環(huán)境下熱處理ASTMA335P92鋼管除了采取正確的升降溫速度、熱處理恒溫溫度、恒溫時間等熱處理參數(shù)外，還應(yīng)采取有效的措施消除低溫環(huán)境對熱處理的影響。3.1低溫環(huán)境下影響ASTMA335P92鋼管焊接熱處理主要因素的分析在低溫環(huán)境溫度下進(jìn)行焊后熱處理施工，熱處理常出現(xiàn)的加熱不均勻、管道內(nèi)外壁溫差依然會出現(xiàn)，只是在低溫環(huán)境下體現(xiàn)得更為突出。這主要是由于環(huán)境溫度低，出現(xiàn)了更大的溫度梯度，導(dǎo)致焊后熱處理過程中散熱更快。在常規(guī)情況下這種溫差可能在允許范圍內(nèi)并不會影響熱處理效果，但在低環(huán)境溫度下這種偏大的溫差可能就會影響到焊接后的熱處理效果。在焊后熱處理過程中，管道焊口的熱傳遞主要有三個方面，一個是徑向、一個是軸向，還有一個就是圓周向。最終體現(xiàn)在管道焊口的結(jié)果都是由熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流綜合作用產(chǎn)生的。施工現(xiàn)場管道的布置主要分水平布置、垂直布置和傾斜布置，下面就從管道外壁進(jìn)行熱處理加熱來分析這三種布置。（1）水平布置：管壁的軸向和圓周向主要是熱傳導(dǎo)，徑向的熱量傳遞主要是熱輻射及熱對流。除此外還有一個主要的因素，那就是管道中空氣的對流。在這些因素的綜合影響下，最終導(dǎo)致在熱處理時管道內(nèi)壁的溫度比外壁的溫度低、管道6點位置比12點位置的溫度低。（2）垂直布置：在這種位置下，管壁的軸向和圓周向主要是熱傳導(dǎo)，徑向的熱量傳遞主要是熱輻射及熱對流。但軸向的空氣對流成了管道內(nèi)部熱量傳遞的主要方式了，這就導(dǎo)致了焊口熱處理加熱區(qū)的上半部分溫度高于下半部分的溫度。（3）傾斜布置：在這種位置下，由于溫度的熱傳遞和管道內(nèi)空氣的對流，導(dǎo)致的是管道焊縫12點上方母材溫度最高，6點位置比12點位置的溫度低，內(nèi)壁溫度比外壁溫度低。通過以上分析，低溫環(huán)境下影響ASTMA335P92鋼管焊接熱處理質(zhì)量主要還是因為環(huán)境溫度過低，導(dǎo)致原本在正常情況下熱處理過程中出現(xiàn)的溫差超過了ASTMA335P92鋼管熱處理允許的溫差范圍，影響了熱處理質(zhì)量。3.2低溫環(huán)境下ASTMA335P92鋼管焊后熱處理措施在施工現(xiàn)場，為了減少現(xiàn)場的焊接及熱處理工作、提高ASTMA335P92鋼管的安裝質(zhì)量，ASTMA335P92鋼管一般情況下都是經(jīng)過配管廠根據(jù)施工圖紙進(jìn)行工廠化加工，進(jìn)而減少ASTMA335P92鋼管現(xiàn)場焊接接頭的施工。這種經(jīng)過配管廠加工后的管件一般比較長且多數(shù)都帶有彎頭。并且隨著現(xiàn)場ASTMA335P92管線的不斷安裝，管線也越來越長，在熱處理過程中采取管道內(nèi)局部封堵來減少熱處理過程中的熱損失也比較困難。所以在低溫環(huán)境下ASTMA335P92鋼管焊后熱處理應(yīng)采取如下措施：（1）管道端口進(jìn)行有效封堵。管道端口的封堵應(yīng)牢固，應(yīng)避免在熱處理過程中由于管道內(nèi)部空氣受熱膨脹頂開形成穿堂風(fēng)。在封堵時可一頭管口完全封閉，另外一端管口可預(yù)留小孔，以防止在熱處理過程中管道內(nèi)部空氣膨脹頂開導(dǎo)致封堵不嚴(yán)形成穿堂風(fēng)。如果熱處理焊縫位置在管線的中部，兩端無管口，應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)焊縫兩端的閥門，避免管道內(nèi)部形成穿堂風(fēng)。（2）增加熱處理的加熱寬度，并在加熱寬度外進(jìn)行輔助加熱，以減少管道內(nèi)部焊縫熱處理區(qū)域與非熱處理區(qū)域的溫度梯度，保證熱處理區(qū)域的加熱，但輔助加熱的溫度不能過高。（3）增加熱處理區(qū)域保溫厚度，對非加熱區(qū)域的管道進(jìn)行保溫，以減少對外散熱。（4）根據(jù)管道的具體厚度，在熱處理恒溫時適當(dāng)增加恒溫時間，以減小在高溫恒溫時管道內(nèi)外壁的溫差。（5）在管道水平布置的情況下，對熱處理加熱區(qū)域進(jìn)行分區(qū)溫度控制。根據(jù)管道管徑的實際大小，可采用上下兩個區(qū)域控制、上下左右四個區(qū)域控制或下部一個120度區(qū)域上部兩個120度區(qū)域控制等。也可以采取下部偏心布置加熱器，即管道下部比上部的加熱面積寬。（6）在管道垂直及傾斜的布置情況下，可采取焊縫上部和下部分區(qū)的控制方式，也可以采用加熱區(qū)域中心向下偏移布置的方式。4．結(jié)語在低溫的焊接環(huán)境下，焊接ASTMA335P92管道，用繩索加熱器來提高焊接施工環(huán)境溫度，不但比用傳統(tǒng)的煤炭、木材加熱焊接環(huán)境溫度安全，還環(huán)保；也比用普通的電暖器效果好。用現(xiàn)場已有的繩索加熱器不但節(jié)約了成本，同時還能對焊接環(huán)境溫度