后熱基本介紹

目前，許多標(biāo)準(zhǔn)中要求，火力發(fā)電廠金屬材料焊接完成或者因?yàn)楣に囍袛嗪?，需要及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理。但對于電站配管廠家，或者電建單位，由于種種客觀原因，無法立即進(jìn)行焊后熱處理。為進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量，避免出現(xiàn)裂紋，需要進(jìn)行后熱處理。另一方面，焊接中斷后，短時(shí)間內(nèi)不能重新進(jìn)行焊接，或者一直保溫到重新焊接經(jīng)濟(jì)上不合理，也需要進(jìn)行后熱處理。

后熱的目的有兩個(gè): 一是促使焊縫中的擴(kuò)散氫盡快逸出，避免氫致裂紋; 二是適當(dāng)減緩焊接接頭殘余應(yīng)力，防止冷裂紋或者再熱裂紋的發(fā)生。

從目的上講，后熱過程包含焊接工作停止(焊接中斷和焊接完成) 以后所有的熱處理形式，包括焊后熱處理。但是，后熱與焊后熱處理的不同點(diǎn)在于溫度，后熱普遍發(fā)生在比較低的溫度范圍; 而焊后熱處理要求的溫度普遍較高，即Ac1以下30 ～ 50 ℃。因此焊后熱處理和后熱是兩個(gè)不同的概念，兩者的工藝與目的各不相同，不能相互代替 。

后熱的作用有：消除焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力、均勻焊縫和熱影響區(qū)的組織、細(xì)化焊縫和熱影響區(qū)的晶粒、排除焊縫在焊接過程中產(chǎn)生的氫脆、通過熱處理可以使焊縫金屬與母材金屬更好的融合（往往焊接用材與母材的鋼號不一致，通過加熱擴(kuò)散，更好的結(jié)合） 。

電力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對馬氏體型熱強(qiáng)鋼焊接接頭的后熱施工順序?yàn)? 焊后的焊件處于80 ～ 120 ℃、保溫1 ～ 2 h 完成馬氏體轉(zhuǎn)變，再加熱至300 ～ 400 ℃，保溫時(shí)間為2 ～ 4 h[2]。而有的鍋爐制造廠家及國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，焊接完成后，應(yīng)恒溫350 ℃，保溫2 ～ 4 h 后，冷卻至室溫即可結(jié)束，馬氏體轉(zhuǎn)變在室溫環(huán)境下進(jìn)行。針對不同的規(guī)定，對P92 鋼不同的焊口，采用不同的后熱工藝，完成后對其檢驗(yàn)，判斷不同的后熱方式對焊口力學(xué)性能的影響 。

采取某電廠管道的原材料，材質(zhì)為A335P92，規(guī)格為ID 368 mm × 41 mm，共六節(jié)，每節(jié)長度為250 mm。材質(zhì)書等證明材料齊全。每兩節(jié)組成一個(gè)焊口，并在每節(jié)上打上鋼印作為標(biāo)識。

焊材氬弧焊焊絲打底選用ThermanitMTS 616，規(guī)格OD2． 4 mm，手工電弧焊的焊條填充選用Thermanit MTS 616 規(guī)格OD 3． 2 mm，埋弧自動(dòng)焊焊絲選用Thermanit MTS 616 規(guī)格OD 2． 4 mm，埋弧焊焊劑選用MARATHON 543。以上焊材均經(jīng)焊材復(fù)檢，性能可靠。

為避免放置時(shí)間不同而引起實(shí)驗(yàn)誤差，由三組焊工同時(shí)施焊。三組焊工均為熟練焊工，且焊工證在有效期內(nèi)。各自所使用焊機(jī)性能可靠 。

1 焊接

每節(jié)管子開一側(cè)坡口并按要求組對，組成三個(gè)焊口，分別由不同焊工在同一時(shí)間施焊。三組試樣分別標(biāo)號GYSY01、GYSY02、GYSY03。焊接過程中的工藝及預(yù)熱、伴熱、層間溫度均符合相關(guān)要求。

2 后熱過程

三組試樣均按時(shí)完成，時(shí)間相差不超過5 min。焊接完成后，對于GYSY01，不采取后熱處理，即直接放置在靜止空氣中慢慢冷卻。對于GYSY02，焊接完成后，升溫至350 ℃，恒溫2 h 后，后熱過程結(jié)束，焊口保溫緩冷，對于GYSY03，焊接完成后，先降溫至90 ℃完成馬氏體轉(zhuǎn)變，恒溫2h，然后再升溫至350 ℃，保溫2 h，后熱過程結(jié)束。

GYSY02 與GYSY03 后熱時(shí)，熱電偶位置布置合理且有打點(diǎn)記錄。后熱完成后，UT 檢測各焊口，均未檢測到焊接缺陷。

3 中間處理

為體現(xiàn)不同形式后熱對焊口質(zhì)量的影響，以上三個(gè)焊口溫度降至室溫后，裸露放置于室外環(huán)境中，并保留30 d。期間室外為冬季，每日最高溫度不超過5 ℃，并發(fā)生一次降雪現(xiàn)象。

4 焊后熱處理

保留時(shí)間結(jié)束后，將上述三個(gè)試樣整體熱處理。三個(gè)試樣同爐處理，熱處理工藝為: 升降溫速度≤120 ℃ /h，恒溫溫度760 ℃，恒溫時(shí)間4 h。

5 熱后檢驗(yàn)

經(jīng)UT 檢驗(yàn)，GYSY01 出現(xiàn)微裂紋，GYSY02 及GYSY03 焊接質(zhì)量合格，無裂紋產(chǎn)生。

6 力學(xué)檢驗(yàn)

將三個(gè)焊縫取樣并進(jìn)行力學(xué)檢驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)規(guī)程，以上試樣的力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果，均滿足焊口性能要求，可判斷為合格 。

1) 在惡劣環(huán)境下，對于P92 鋼等有冷裂紋傾向的鋼，不作后熱處理，可能會(huì)出現(xiàn)微裂紋。

2) 后熱的主要作用在于避免氫致裂紋，因此不能用后熱代替焊后熱處理。

3) 常規(guī)電廠材料檢測方法中，無法明確判斷焊口是否進(jìn)行過焊后熱處理，只能判斷是否進(jìn)行了焊后熱處理。

4) 不做后熱處理，通過常規(guī)電廠檢測方法，也可能判定為合格。

5) 馬氏體轉(zhuǎn)變前進(jìn)行后熱處理，或者轉(zhuǎn)變后進(jìn)行后熱處理，兩者的效果相同，都可在一定程度上避免氫致裂紋。

6) 從經(jīng)濟(jì)效益上分析，后熱前完成馬氏體轉(zhuǎn)變的，需要先降溫至90 ℃，保溫2 h，完成馬氏體轉(zhuǎn)變，然后再升溫至350 ℃，恒溫2 h，進(jìn)行消氫處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，對于小口徑大壁厚的管子，可能會(huì)出現(xiàn)降溫及升溫緩慢的現(xiàn)象。

經(jīng)測試，夏天時(shí)，焊接完成后，溫度由280 ℃自然冷卻至90 ℃需要7 ～ 8 h，或者更長。此過程需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用本工藝順序，后熱過程可達(dá)16 ～ 18 h。而先消氫再完成馬氏體轉(zhuǎn)變則不需要。僅需要在焊接完成后升溫至350 ℃，恒溫2 h 后即可 。

1) 焊接完成或者中斷時(shí)間比較長、不能立即進(jìn)行焊后熱處理的，對于有冷裂紋傾向的焊口，需要立即后熱處理，否則可能出現(xiàn)延遲裂紋或冷裂紋。

2)后熱的主要目的是消除氫，手段是通過減緩焊縫的冷卻速度，加速擴(kuò)散氫的逸出，從而防止氫致裂紋的產(chǎn)生，只是一種臨時(shí)性措施，不能有效地降低焊接參與應(yīng)力，因此不能用后熱代替熱處理。

3) 從理論上分析，不管是否進(jìn)行后熱，馬氏體鋼在焊接完成后、焊接熱處理前，都要有馬氏體轉(zhuǎn)變過程( 100 ℃以下2 h) 。否則就有可能造成焊縫金相組織不符合要求。

4) 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，后熱前完成馬氏體轉(zhuǎn)變或者后熱之后馬氏體轉(zhuǎn)變，兩者都達(dá)到了要求。

5) 后熱處理完成后再進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變的工藝順序，生產(chǎn)效率明顯提高而成本有一定程度下降，建議推廣使用 。2100433B

焊后熱處理燃料加熱法

所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣）。

燃煤加熱 　煤的資源豐富，燃煤反射爐在熱處理加熱方法中有過一定的地位。煤的性質(zhì)和反射爐的結(jié)構(gòu)，決定了煤不易完全燃燒，因而煤爐熱效率低，加熱質(zhì)量和勞動(dòng)條件差，煤煙污染環(huán)境。這些缺點(diǎn)，使得燃煤加熱法逐漸被其他加熱方法所取代。

液體燃料加熱 　主要使用重柴油作燃料，適用于大型加熱爐加熱，也用于外熱式鹽浴爐的加熱，一般在爐子加熱室外墻一側(cè)或兩側(cè)安裝噴嘴。液體燃料用于加熱外熱式鹽浴爐時(shí)，噴嘴則安裝在坩堝外的爐殼上。液體燃料在噴嘴中與空氣混合，并在壓縮空氣的作用下霧化，然后噴出噴嘴，在加熱室中（或在鹽浴爐的坩堝外）燃燒,以加熱工件（或坩堝）。噴嘴的合理設(shè)計(jì)與布置,對保持爐溫均勻、節(jié)省燃料起著關(guān)鍵作用。噴嘴噴出的霧化油也可以在爐內(nèi)的輻射管中燃燒，加熱輻射管以間接加熱工件。燃油比燃煤容易控制加熱溫度，適用于大件整體的加熱和供油量充足的地區(qū)。

氣體燃料加熱 　在噴嘴中，氣體與一定比例的空氣混合后噴出燃燒。這種方法可直接加熱放在加熱室中的工件，也可以把火焰噴入裝在加熱室中的輻射管，間接加熱工件。用于鹽浴爐時(shí),噴嘴裝在坩堝外的爐殼上, 火焰射向坩堝外側(cè)以加熱熔鹽。用于加熱的氣體燃料有煤氣、天然氣和液化石油氣等。調(diào)節(jié)空氣與氣體的比值可以獲得氧化或還原的燃燒氣氛，從而減少工件加熱時(shí)的氧化脫碳程度。這種加熱方法適用于大件整體加熱和燃?xì)夤?yīng)充足的地區(qū)。

另一種方式是用噴嘴的火焰直接加熱工件表面，這時(shí)噴嘴和工件作相對移動(dòng)，所用氣體為氧-乙炔、氧-丙烷、氧-甲烷等。這種加熱方法即火焰淬火,適用于工件的表面淬火。

焊后熱處理電加熱法

以電為熱源，通過各種方法使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤约訜峁ぜｋ娂訜釙r(shí)，溫度易于控制，無環(huán)境污染，熱效率高。電加熱有多種方法。

電熱元件加熱 　利用工頻（50～60赫）交變電流通過電熱元件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱加熱工件。電熱元件常布置在加熱室內(nèi)四周或兩側(cè)，以保證加熱室內(nèi)溫度均勻；也有把元件裝在輻射管內(nèi)對工件間接加熱的。對于外熱鹽浴爐或金屬浴爐，則把電熱元件布置在坩堝外、殼體內(nèi)的空間。這種加熱方法也可用于氧化鋁粒子的浮動(dòng)粒子爐。它適用于工件整體加熱和電能充足的地區(qū)。

工件電阻加熱 　降壓后的交變電流直接通過工件，由工件本身電阻產(chǎn)生熱量使工件溫度提高。這種方法適用于對截面均勻的工件進(jìn)行整體加熱。還有一種方式是利用滾動(dòng)銅輪壓在金屬工件上，通以低電壓大電流的交變電流，利用銅輪與工件間的接觸電阻產(chǎn)生熱量而加熱工件表面。

工件感應(yīng)加熱 　把工件放在一個(gè)螺旋線圈內(nèi)，線圈中通以一定頻率（一般高于工頻）的交流電，使放在線圈中的工件產(chǎn)生渦流電流，利用工件本身的電阻產(chǎn)生熱量而被加熱。這種加熱的深度可隨電流頻率提高而變淺，稱為感應(yīng)加熱熱處理。感應(yīng)加熱主要用于加熱工件表面，但采用較低頻率而工件直徑又小時(shí)，也可以進(jìn)行整體加熱。這種加熱方法效率高，耗電少，多用于中、小零件的加熱淬火。

加熱介質(zhì)電阻加熱 　將工業(yè)頻率的低壓交變電流導(dǎo)入埋在介質(zhì)中的電極，利用電流流過介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電阻熱使介質(zhì)本身達(dá)到高溫。工件放在這種高溫介質(zhì)中進(jìn)行加熱，可以減少或避免氧化脫碳。這種介質(zhì)都是導(dǎo)電體，如鹽、石墨粒子等。加熱爐的爐型有內(nèi)熱式鹽浴爐和石墨浮動(dòng)粒子爐。這種加熱方法主要用于中、小零件的加熱淬火。

焊后熱處理能源加熱法

以很大的功率密度加熱工件表面，加熱時(shí)間以毫秒計(jì),功率密度可達(dá)10～10瓦/厘米，采用的熱源有太陽能、激光束和電子束等。

太陽能加熱 　以聚光式太陽能加熱器加熱工件。

激光束加熱 　利用 CO2 連續(xù)激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射工件，使工件局部表面薄層瞬時(shí)達(dá)到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量迅速傳入基底材料而使表面淬硬或迅速凝固。利用激光束加熱的工藝有相變硬化-淬硬、表面“上光”-快速凝固、表面合金化等。使反射鏡可以改變光束的方向，所以這種方法最適用于內(nèi)壁（如汽缸套）加熱，但熱效率較低。

電子束加熱 　利用高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊工件表面，使很高的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑢⒐ぜ砻鏈囟妊杆偬岣叩酱慊饻囟然蛉刍瘻囟?。照射停止后，表面熱量在瞬時(shí)間即可傳入冷態(tài)的基底材料而淬硬或迅速凝固。與激光加熱一樣,電子束加熱的工藝也有相變硬化、表面“上光”和表面合金化等。由于加熱需要在真空室內(nèi)進(jìn)行,工件批量受到一定限制，但熱效率較高。 2100433B

布置于鍋爐爐膛上部出口處、折焰角頂點(diǎn)垂直線之前的過熱器管屏。

2021年10月11日，《焊后熱處理質(zhì)量要求》發(fā)布。

2022年5月1日，《焊后熱處理質(zhì)量要求》實(shí)施。