火电机组大中径管道焊接施工工艺

引言

随着火电机组参数不断提高，大中径管道焊接面临更大挑战。高合金钢材料在焊接过程中易产生冷裂纹和残余应力，严重影响管道使用寿命。传统焊接工艺难以满足现代大容量机组对焊接质量的严格要求。针对这一问题，需要从材料特性、工艺参数和质量控制等方面开展深入研究，建立学完善的焊接工艺体系，确保管道焊接质量达到设计要求。

1 大中径管道焊接特点

火电机组大中径管道焊接具有显著的技术复杂性和严格的工艺要求，由于管道直径通常在 300 毫米以上且壁厚较大，焊接过程中需克服多层多道焊带来的热输入累积问题。厚壁焊接易产生较大的残余应力和变形，若控制不当可能导致焊缝开裂或结构失稳。高合金钢材料如P91、P92 等对冷裂纹敏感，焊接前需严格预热并控制层间温度，以避免氢致裂纹的产生。此外，大径管道焊接往往采用组合工艺，如氩弧焊打底配合埋弧焊填充，以提高效率并保证根部质量。坡口设计需兼顾焊接可达性与熔合效果，通常采用 U 型或 V 型坡口以减少焊接量并降低变形风险。焊接过程还需考虑环境因素，如防风防雨措施，以确保气体保护焊的稳定性。

2 焊接质量对机组安全运行的影响

焊接质量直接决定火电机组管道的长期安全性和可靠性，高温高压工况下，焊缝缺陷如未熔合、气孔或裂纹可能成为应力集中点，在热循环载荷下逐渐 泄漏或爆裂事故。例如，主蒸汽管道若存在焊接缺陷，可能在运行中引发高 甚至人员伤亡。此外，焊接残余应力会加速材料的蠕变损伤，影响管道的疲劳寿命。 能诱发腐蚀，尤其在启停频繁的机组中，热疲劳与腐蚀协同作用会进一步削弱管道强度。因此， 格的焊接工艺控制、无损检测及焊后热处理是确保机组安全运行的必要手段，任何疏漏都可能埋下重大安全隐患。

3 焊接施工关键技术

3.1 坡口设计与加工技术

大中径管道的坡口设计是焊接质量的基础保障，针对不同材质和壁厚的管道，需要采用差异化的坡口形式。V 型坡口适用于中等壁厚管道， 能显著减少焊接量，但对加工精度要求严格。坡口角度需控制在 30-45 度范围内 4 毫米。加工过程中必须采用机械切削或等离子切割等精密 、表 完成后需彻底清理坡口区域的氧化皮、油污和水分，必要时 钢材料，还需在加工后进行预热处理以消除加工应力。坡口质量直接影响后 进行，必须严格执行检验标准。

3.2 预热与温度控制技术

科学合理的预热是确保焊接质量的重要环节，预热温度需根据材料特性精确设定，高合金钢通常需要150-300 摄氏度的预热温度。加热方式可采用电加热、火焰加热或感应加热，其中电加热具有温度控制精准的优势。预热区域应覆盖焊缝中心线两侧三倍壁厚范围，并采用红外测温仪实时监控。焊接过程中必须严格控制层间温度，避免过高导致晶粒粗化或过低引发冷裂纹。多层多道焊时，每道焊缝完成后都需测量温度，必要时进行补充加热。焊后应立即进行消氢处理，在250-350 摄氏度保温一定时间，促进氢的扩散逸出。对于重要管道，还需进行焊后热处理，通过高温回火消除残余应力，改善接头性能。

3.3 焊接工艺参数优化

合理的工艺参数是获得优质焊缝的关键，电流、电压和焊接速度需根据材料厚度和焊接位置精确匹配。厚壁管道宜采用小电流多层多道焊工艺，控制单道热输入在合理范围。氩弧焊打底时电流控制在80-120 安培，电弧长度保持 2-3 毫米，确保根部熔透。埋弧焊填充时选用 3.2-4.0 毫米焊丝，电流控制在 400-600 安培范围。

焊接过程中要特别注意维持电弧稳定，防止断弧或偏吹。自动化焊接设备需提前进行工艺评定，手工焊则要注重焊工技能培训。特殊位置焊接时需调整参数和操作手法，确保焊缝成形良好。整个焊接过程要做好参数记录和质量跟踪。

3.4 多层多道焊实施

厚壁管道焊接必须采用多层多道焊工艺，这是确保焊接质量的关键技术措施。实施过程中要严格遵循对称交错原则进行焊道排列，通过合理分散热输入来避免局部热量过度集中。每道焊缝完成后必须使用专用工具彻底清理焊渣和金属飞溅物，确保下一道焊接的熔合质量。对于长直焊缝的焊接，推荐采用分段退焊工艺，这种方法能有效控制焊接变形。大直径环焊缝的焊接则应当安排多名焊工对称施焊，以平衡焊接应力分布。在焊接过程中可以适当使用临时支撑装置来控制管口变形，但必须注意避免过度的刚性约束导致附加应力的产生。焊后可考虑采用机械振动或锤击等工艺方法来释放部分焊接应力。对于高温高压工况下使用的重要管道，焊后必须进行消除应力热处理，以改善焊接接头的综合性能。整个焊接过程要重点监控层间温度变化，精确控制每一道的热输入参数，确保各焊道之间实现良好熔合。参与施工的焊工必须接受专门的厚壁管道焊接技术培训，全面掌握相关工艺要求和操作规范。

3.5 质量检验与控制

焊后质量检验是确保管道焊接质量的最后一道关键工序，对于高合金钢材质的重要管道，焊后热处理是必不可少的工艺环节，热处理温度通常控制在 700 至 800 摄氏度之间，保温时间需要根据管道壁厚按标准规范进行计算确定。热处理完成后必须进行硬度测试，通过检测结果来验证热处理效果。无损检测技术是质量检验的重要手段，主要包括射线检测、超声波检测以及表面检测等方法。射线检测技术对焊缝内部的体积型缺陷具有较好的检出能力，而超声波检测则更适用于发现面积型缺陷。检测时机的选择尤为重要，射线检测一般安排在焊后24 小时进行，以排除延迟裂纹的可能性。在热处理工艺实施前后，都需要对焊缝进行一次全面的无损检测。所有检测过程必须建立完整的记录档案，对检测发现的超标缺陷要严格按照规范要求进行返修处理，返修后必须重新进行检测确认。只有通过全部检测项目且各项指标均符合标准要求的焊缝，才能被判定为合格并允许投入使用，这样才能确保管道系统在长期运行过程中的安全可靠性。

结束语

火电机组大中径管道焊接工艺的系统研究取得了显著成效，通过优化坡口设计、严格控制预热温度、精确匹配工艺参数、规范多层多道焊实施 质量检验体系，成功解决了高合金钢厚壁管道焊接的技术难题。工程实践验证了该工艺的可靠性，焊接接头 性能得到显著提升，为火电机组的安全运行提供了有力保障。这些研究成果不仅适用于当前工程需求，也为同类机组的管道焊接提供了重要借鉴。

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