焊后热处理缺陷及预防

,.:,,,...*〔摘要〕热处理工艺在热处理技术规程中已有了较为完善的说明，但有关实际操作中的资料较少，本文主要介绍了在电力建设施工中由于热处理不正确出现的缺陷以及在实际操作中怎样避免这些缺陷。〔关键词〕热处理缺陷热处理实际操作热电偶固定随着机组向越来越大容量的发展，合金钢大量应用，对焊接热处理的要求越来越高，越来越严格。焊件经不正确的焊后热处理，会产生各种缺陷，有些缺陷可以经过重新热处理予以纠正，但有些缺陷却无法补救而造成废品。常见的缺陷有以下几种：1过热1）特征：焊件在退火状态下的断口上呈现特别粗大的晶粒，在淬火的断口上呈现粗大的马氏体针状结构2）产生原因：在加热过程中，不严格控制加热工艺所致，如加热温度过高或在高温下的停留时间过长，一般在正火或高温退火工艺中易出现。3）危害性：粗化的结构，极易出现裂纹，即使不出现裂纹，也会使焊件的强度、塑性、韧性大大降低。4）预防及纠正：为预防过热，加热温度必须严格控制，同时在高温的停留时间尽量缩短。对过热程度严重的焊件可重复二次退火或正火来纠正。2过烧1）特征：除断口呈现粗大晶粒外，在晶粒间的边界处有熔化或氧化现象，即在晶间集聚着低熔点的杂质或氧化物。2）产生原因：加热温度过高（大于1300℃）或在高温下保温时间过长。3）:危害性：产生过烧后会使焊件的强度、塑性、韧性急剧降低。4）预防：必须严格执行热处理规范，且不允许氧化性火焰直接与焊件接触。产生过烧后，焊件无法补救。3变形与开裂1）特征：焊件的变形与宏观裂纹一般用肉眼可见。2）产生原因：一是由于焊件的内应力产生，内应力的产生是由于焊件的加热冷却时内外温度不均匀造成体积膨胀或收缩不一致而引起的热应力。二是由于内部A向M转变时体积变化的不均匀性引起的结构应力，当应力超过焊件的屈服极限时发生变形。当超过焊件的强度极限时发生裂纹。3）危害性：造成返工，增加生产工序，提高了成本，有时还造成焊件的报废。4）预防：采取措施降低内应力。4硬度升高1）特征：回火后，检测值超出有关标准要求。2）产生原因：回火温度不够高或保温时间不够长所致，而过高的温度也会造成硬度升高，这是由于温度控制不准确，以至焊件加热至AC1以上，在钢中出现A，当急冷时又出现M，使钢的硬度升高。3）:危害：硬度升高而塑性和韧性降低。4）预防：为纠正这一缺陷，可采用第二次正确的回火处理，提高回火温度或延长回火保温时间。对出现M时，必须重新对钢进行回火，正确控制回火温度。5氧化和脱碳1）特征：①氧化——焊件表面生成一层厚的氧化皮。②脱碳——钢表面层中的碳被脱除了。脱碳的结果使钢在冷却后表面层处生成一层不含碳的F体结构。2）产生原因：①氧化——是指钢的表面层氧化后形成氧化皮。在低温下钢的氧化作用比较缓慢，在钢的表面层形成一层薄层棕黄色铁锈；在高温情况下，钢的氧化很快，随温度的升高氧化铁皮层的厚度急剧增加。②脱碳——是指钢的表面层中的碳与空气中的氧化合成一氧化碳气体，而逸出钢件表面，即钢表面层中的碳被脱除。这一现象只有在高温（高于700℃）的氧化性气氛中表现出来，并随温度的升高，脱碳现象越加严重。3）危害性：①氧化——过厚的氧化铁皮其危害性很大。一是会使钢材的损耗量增加；二是钢材或焊件因铁的消耗而造成尺寸不合格；三是氧化皮传热性很差，阻碍钢在淬火时迅速冷却，使钢不易淬硬或淬透；四是在低温时粘在工件上的氧化铁皮增加切削工件时的困难并使切削工具损伤很大；五是为了清除氧化皮，要增加研磨和酸洗的设备与操作工序，增加成本。②脱碳——氧化和脱碳是钢在高温加热时较难避免的现象，并且着两种现象会常常伴随在一起产生。加热温度过高或在高温下保温时间过长，钢的氧化和脱碳就愈加严重，为减轻或防止钢的氧化和脱碳作用，在热处理操作时，应准确控制加热温度，使其不超过规定的温度范围，并在高温下按规定时间保温。当采用火焰热处理时，应选用中性火焰或还原性火焰，而不允许含有过量的氧化性火焰。6缺陷产生原因及预防电力建设中的热处理主要是管道焊后局部热处理，其方式为高温回火。就现场条件发现的缺陷造成的因素综合来讲有两大类：1、工艺的不准确性，热处理有四大因素，即升温速度、保温温度、保温时间、降温速度。这四个因素不准确都直接影响热处理的效果，所以对热处理工艺要求有据可查，并根据工艺评定制定工艺指导书，在施工过程中要严格执行工艺要求，不可擅自更改工艺中数据，以免造成人为缺陷。2、操作中工器具的不正确使用，“工欲善其事，必先利其器”，在工作前必须对使用的工器具进行检查、校对和测试。对热电偶、温控仪、记录仪等测温工器具要有专业人员进行校对，以确保准确的测量工件的温度。对使用的材料性能进行检查，如保温材料的保温效果、耐高温程度及其强度等。另外，铁丝的强度对热电偶的固定也有很大的影响。根据多年的施工经验，在实际施工中主要注意以下几点：1）炉具的使用，在热处理前必须检查炉具是否有损坏，并检查炉具的合格证，对于损坏且不能维修的炉具须弃用，对为曾使用过的炉具，要提前测试其性能。对炉具的选择原则是在开始保温时功率在90%以上为宜。2）热电偶的连接，热电偶接出时必须使用补偿导线，且不小于1米，连接时铜线连接热电偶的正极，注意补偿导线不可靠在发热的工件上。3）热电偶的使用，目前使用镍铬—烤铜的较多，使用时注意除测温点外，其余两相不可相连，也不可与其它物体相连4）热电偶固定，热电偶的固定在热处理作业中是一个非常重要的因素。当热电偶与工件接触不紧时感应加热温度要比实际温度低，当电加热时，所测温度比实际温度高，所以热电偶一定要牢固，固定方法大致分以下几种（目前我公司使用的热处理加热器全部为远红外电加热器）钢丝绑扎式、螺丝压紧式、碰焊式，三种方法各有利弊,首先,第三种碰焊式测温效果最好,但是使用这种方法所使用的焊偶仪比较难买,且热电偶容易脱落,特别是锅炉焊口施工,焊口管径小，测点少给施工带来许多不必要的麻烦，一般碰焊式的脱落率在40%～65%之间。第二，碰焊时会在母材上流下焊痕，高合金钢对母材的表面要求比较严格，特别是在温度低时容易形成微型裂纹。螺丝压紧式在低合金钢、碳钢的热处理施工中广泛应用，其优点是测温准确，牢固性好，对热电偶的规格没有要求。但其缺点是螺丝须焊接在母材上，所以对高合金钢及厚壁管件来说是不可行的。钢丝绑扎式的优点是：①简单方便对各种管径、各种材质皆可用②不会对母材造成伤害。缺点是：①对操作人员的要求高，绑扎松紧度不同，测温也不同②所测温度的准确率较差从以上各方面对上述三种方法进行比较，经过一定实践得出：①螺丝压紧式在以后的施工中使用的空间太少，不能广泛使用。②碰焊式，目前使用焊偶仪不能解决锅炉的小口径高合金钢焊口较多的情况下不能使用的问题。钢丝绑扎式测温较差，在730℃时,相差25～50℃之间，为避免温度差，在热电偶的测点处加一不锈钢压片，将加热器与母材相隔。这样，测温点与与母材直接接触，而与加热器之间有压片相隔，所测温与母材基本相同。通过实践测量，所得结果如表示：热电偶的固定方式可根据焊件的具体情况选用，结合现场的条件，锅炉侧多为小口径管道，目前较为理想的固定方式是带压片捆绑式，测温准确，牢固性好，方便易行。在聊城、莱城及夏港工地的使用均取得很好的效果。7结论在采取正确热处理工艺的条件下，热处理的实际操作对热处理的效果有着很大的影响，在现场实际操作中做到上述注意的几点，将会取得更好的效果。此外，要求热处理人员有很强的责任心，工作细致，严格按照规程。在实际操作中从严要求自己。从炉具的选用，热电偶的连接到热电偶的固定都要做到一丝不苟，经常检查现场，发现问题及时处理。在工作中积累经验，多学多看多钻研，努力提高专业水平。