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1、 异型三通焊口热处理工艺方法的研发 单 位 名 称：中国能源建设集团黑龙江省火电第一工程有限公司 QC小组名称：伊春项目部焊接QC小组目 录一、小组概况1二、课题选择2三、设定课题目标及目标可行性分析2四、提出各种方案并确定最佳方案4五、制定对策8六、对策实施9七、效果检查11八、标准化13九、体会与今后设想14异型三通焊口热处理工艺方法的研发 一、 小组概况华电能源伊春发电厂“上大压小”建设2350MW热电联产机组工程2#锅炉。本锅炉分隔屏过热器至高温过热器连接管材质为SA-335P91，规格为457mm75mm共有16道焊口,其中三有障碍三通就有3个，由于过热器集箱上的管座预留长度过短，原
2、有的热处理施工方法已不适应，面对施工现场实际情况，成立QC小组，选择“异型三通焊口热处理工艺方法的研发”作为小组活动的课题。 制表人：刘卫哲 日期：2014年11月20日小组名称伊春项目部焊接QC小组成立时间2014年05月20日小组注册号 YC2014-1课题名称异型三通焊口热处理工艺方法的研发课题注册号 YC2014-1-1课题类型创新型成员人数5人活动时间2014年6月 2014年11月活动次数8次出勤率98发言率100平均接受TQC教育时间人均18学时1.1小组简介序号成员姓名小组职务文化程度职 务小组分工1刘卫哲组 长大专工程师组织策划、分析、实施2徐乐胜顾问本科工程师（项目副总）方
3、案指导、审查3郭亚林副组长高中热处理工分析实施、记录、策划4马广龙组 员高中热处理工分析实施、记录5李明清组 员高中质检安全员对策实施 制表人：刘卫哲 日期：2014年11月20日 1.2 QC活动实施计划 阶段活动计划日期活动内容参加人P阶段2014.6.20-6.30小组成立、选择课题，现状调查小组全体2014.7.01-7.02设定目标、目标可行分析、制定实施计划小组全体2014.7.03-7.10提出方案并确定最佳方案小组全体2014.7.11-7.16制定对策小组全体D阶段2014.7.24-7.26对策实施小组全体C阶段2014.7.287.30效果检查小组全体A阶段2014.8.
4、0110.15标准化、体会与今后设想小组全体 制表人：刘卫哲 日期：2014年11月20日二、选择课题2.1选择课题本锅炉异型三通是大厚壁异形构件，过热器集箱上的管座预留长度过短，安装焊口距离厂家焊口仅65mm，且原管座焊缝为斜坡过渡。因此，安装焊口的焊前预热采用通常的焊前预热的工艺极易造成应力集中，给今后电厂的运行埋下了安全隐患。其它现场按老工艺方法对异型三通焊前预热时发生过三通焊口焊接后产生再热裂纹的现象。对工程存在重大安全隐患。为获得良好的焊接质量，在热处理过程中必须考虑构件整体受热的均匀性，防止热处理后产生温差附加应力。必须研发适用大径厚壁P91材质三通管的焊前预热的工艺方案，成为我项
5、目及工地急需解决的重要技术难题。因此小组选择“异形三通焊口热处理工艺方法的研发”作为小组活动的课题，开展QC活动。三、设定课题目标3.1 目标设定针对传统热处理工艺方法对异型三通的焊前预热的结果不能完全达到本工程的实际要求，并针对焊口及母材不能得到理想的硬度值这两个问题，我们小组确定课题目标：完全达到火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T819-2010及火力发电厂焊接技术规程DL/T869-2012的要求。热处理自动曲线符合工艺要求.异型三通焊口及母材的硬度值在标准的范围之内。具体范围：母材为190HBW-240HBW之间焊缝为190HBW-260HBW之间QC小组就目前预计的难点进行了现场的
6、实地考察调研，对现场条件、设备条件及加热器的选择进行了进一步确认，而根据现有条件的实地策划，其中焊前预热就成为了关键环节。而热处理完成后，异型三通焊口与母材得到规程所允许的硬度值也是关键所在。3.2 目标可行性分析3.2.1 基本要素可行性分析目标可行性分析目 标 可 行优 势现场施工及气候环境难度大各项指标不容易达到最佳方案指标小组成员均为专业热处理技术及操作人员，具有较高的技术水平，现场施工经验丰富，团队综合实力较强，技能要求有保障。项目部对异型三通焊口热处理方案的技术攻关高度重视，大力提倡以创新技术措施解决施工难题。该项目响应业主及项目部号召，以技术和管理一流，以产品和服务一流，建标杆电
7、厂创国优金奖，引领同类型火电机组进入世界领先水平为目标。难 点图3-1基本要素可行性分析图 制图人：刘卫哲 日期：2014年11月20日 在具备以上基本条件基础上，通过创建QC活动小组来达到预选课题目标是可以实现的。3.2.2 理论依据可行性分析小组运用头脑风暴法针对异型三通焊口热处理工艺方法的研发提出多种可行性对比：表3-1 异型三通焊口热处理工艺方法的研发可行性分析表创新方向分 析突破环节利弊是否可行预热通过多种加热器的配合，达到最好的预热效果按传统绑扎方法，对焊口进行预热使用加热器的数量少产生了较大的温度梯度不可行通过分区加热，使用不同款加热器进行加热 整个三通接头和母材区域均可以得到均
8、匀的温度场，应力较小使用加热器的数量和种类增加，成本增加 可行提升人员工艺技能加热器的绑扎属常规作业，人员技能或方式影响较小 保证加热器与母材的紧密度对作业人员进行培训，把细节做到最好/可行焊后热处理通过多种加热器的配合，已达到最好的处理效果按传统绑扎方法，对焊口进行处理使用加热器的数量少虽然能够对焊口进行处理，但对整个三通及母材的转变不是很彻底 不可行通过分区处理，使用不同款加热器进行配合处理 使用加热器的数量多 分区处理，每块加热器都有一路单独控温，达到最佳处理效果 可行 制表人：刘卫哲 日期：2014年11月20日确定研究方向：通过以上可行性分析表可知：异型三通焊口热处理工艺方法的研发方
9、向主要确定为多款加热器配合分区焊前预热及焊后热处理。四、提出各种方案并确定最佳方案4.1 提出方案方案一：焊前预热工艺选择。由于集箱上的管座预留长度过小，安装焊口离厂家焊口仅65mm(安装焊口为水平固定5G),且原管座焊缝为斜坡过渡。因此，管座侧的预热只能采用绳状远红外陶瓷电阻加热器（以下简称绳型加热器），支管侧的预热可使用履带式加热器。通过实验发现，方案1(即传统或者说通常规程规定的包扎方式)的加热条件下，产生了较大的温度梯度，如图4-1-1 所示。由图4-1-2 可知，三通的特殊结构(壁厚由65 mm 突变至103 mm)使得方案1 的加热条件下， 在A、B 两区的预热温度基本可以满足，但
10、是C、D、E 三个区域的温度下降太大，使三通的管座接头与母管之间产生较大的应力，对淬硬倾向大的SA335- P91 钢部件的危害极大。 制图人：刘卫哲 日期：2014年11月20日方案二：(1)加热区共分A、B、C、D、E 五个区域。(2)由于安装焊口为水平固定, 为保证管道获得均匀的上下温度, 除了B 区用绳状加热器外, 其他每个区域按图布置上下两块加热器, 并安装上下两个测温点(正12 点和正6 点位置), 即图4-1-4 方案2 测温点T1(T2)、T4(T5)、T6(T8)、T7(T9)。(3)在支管和母管上按图4-1-2 布置3 个监控点: T10、T11、T12。该三个监控点的意义
11、在于测量监控区域内外壁的温度均匀。在厚壁管的加热过程中, 受热传导热需要时间的影响, 内外壁需要到达温度均匀除延长恒温时间外, 可在受控区域温控点的的距离设置一个监控点, 当该点温度达到受控区域预设温度的0.5 倍时, 受控区域的温度趋于均匀、加热完成。因此, T10点与T1 点温度关系为: T10=T10.5, 同理T11=T60.5,T12=T70.5。(5)B、C、D、E 区最低控制温度为220 , T11 和T12最少为110 ;A区控制温度250 , T10 最少为125 。(6)A、B、C、D、E 共五个区域需用智能热处理设备9 路控制(T1T9), 每块加热器都有一路单独控温,控
12、制测温点9 点、监控点3 点。在方案2 的加热条件下，整个三通接头和母材区域均可以得到均匀的温度场(见图5-1-3)，应力较小。 制图人：刘卫哲 日期：2014年11月20日方案三：使用原始手动控制加热温度，通过现场测量、温控柜显示及现场经验进行温度控制，由于手动预热不能减缓焊后的冷却速度，不利于焊缝金属中扩散氢的逸出，不能避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。不能均匀地局部预热或整体预热，可能增加焊接区域被焊工件之间的温度差，这样，一方面提高了焊接应力，另一方面，提高了焊接应变速率，不利于避免产生焊接裂纹。见图4-1-5、图4-1-6。 制图人：刘卫哲
13、 日期：2014年11月20日4.2 评估分析方案并确定最佳方案 在整个三通接头焊接和热处理的工艺中是最主要的是应力的控制。因此，优先选择预热方案二。结合上文的分析，小组成员按如下权重比例对三种方案进行评估分析：方 案小组项目评 价 值综合得分是否采用刘卫哲郭亚林马广龙李明清徐乐胜方案一安全性33可行性预期目标方案二安全性63可行性预期目标方案三安全性32可行性预期目标权值分： 5 3 2制表人：刘卫哲 日期：2014年11月20日通过对异型三通焊口热处理工艺方法的研究的分析比较，小组人员集思广益，在安全性、可行性和预期目标等方面三个方案进行打分，QC小组最终确定选取方案二：作为最佳方案。五、
14、制定对策制定对策表 小组根据确定的最佳方案，将实施细节具体化，并分解成相应的步骤，制定对应的实施对策，以便正确的组织实施，具体项目如下：序号控制环节实施对策对策目标对策措施执行完成时间一热电偶的绑扎和布置在各个温度场内的最高温度位置及焊缝上下各设置一个热电偶作为控温热电偶，另外设置3支热电偶监控辅助加热区内域的温度使各个区域的温度控制在合理范围之内安装每片加热器上下两个测温点（正12点和正6点位置）即图4-1-4方案2测温点：T1(T2)、T4(T5)、T6(T8)、T7(T9)共8点，在支管和母管上按图4-1-3布置3个监控点:T10、T11、T12，该3个监控点的意义在于测量监控区域内外壁
15、的温度均匀。T3设置一个辅助测温点郭亚林马广龙李明清刘卫哲6.20 二加热器的安装、布置及保温层的固定加热器与焊件应接触紧密，尽量没有缝隙。保温宽度及厚度能满足热处理要求，减少热处理过程中热量损失确定加热器的数量满足布置方案的要求使焊件的温度受热均匀。保温层的过程控制应保证热处理过程中热量损失降到最小由于安装焊口为水平固定，为保证管道获得均匀的上下温度，除B区用绳状加热器外，其他每个区域布置上下两块加热器，安装加热器时把焊件表面的焊瘤、焊渣、飞溅清理干净，使加热器与焊件表面贴紧。选择50mm厚的硅酸铝针织毯，三通下面接管座处塞满保温棉，减少温度流失郭亚林马广龙李明清刘卫哲6.20 三工艺确定确
16、定控温区域的最低控制温度。确定热处理设备控制路数保证实际预热效果达到预热方案和现场实际的要求A区控制温度250, T10 最少为125。B、C、D、E 区最低控制温度为220, T11 和T12最少为110 。A、B、C、D、E 共五个区域需用智能热处理设备9 路控制(T1T9), 每块加热器都有一路单独控温,控制测温点9 点、监控点3 点。 郭亚林马广龙李明清刘卫哲徐乐胜6.20- 13 -6、 对策实施6.1焊前预热方案的实施实施一：热电偶的现场布置及安装。请项目热工调试人员，对每支热电偶进行复检，以保证期精准程度，使用4750、 WRNK-131防水型铠装热电偶12支，由于安装焊口为水平
17、固定，热电偶的安装位置应以保证测温和控温准确可靠为原则，为保证管道获得均匀的上下温度，T1、T2、T4、T5、T6、T8、T7、T9分别设置测温点，T3、T10、T11、T12分别设置辅助测温点。热电偶焊接固定，保证热电偶的热端与焊件接触良好，使用KCR-VV221.5补偿导线，使该焊件的各个点的实际温度都在监控之内。结果：温度场中最高温度控制在合理范围内，预热的最低温度也达到焊件的实际要求。实施二：现场加热器的布置、安装及保温层的安装及固定根据现场实际条件，选择加热器及保温材料见表6-1.表6-1 加热器、热电偶具体参数加热区部件名称规格加热器功率数量A区履带式加热器457mm250mm20
18、kW2块B区绳状加热器8m16kW1条C区履带式加热器697mm380mm28kW2块D、E区履带式加热器827mm260mm28kW4块硅酸铝针织毯50mm3卷根据规程，所选加热器每册加热宽度均不少于焊件厚度的4倍；加热区共分A、B、C、D、E五个区域。（见图5-1-4）A区布置457mm250mm加热器2块，B区布置8m、16KW绳型加热器1条，C区布置717mm380mm加热器2块，D、E区布置827mm260mm加热器各2块，每块加热器都用一路单独控温,控制测温点9 点、监控点3 点。布设保温层：使用高纯度50mm硅酸铝针织毡进行保温，加热宽度执行电加热，每侧加热宽度不少于焊件厚度的5
19、倍，且不小于150mm，保温棉厚度为60mm,管座间要填充保温材料，并固定牢固。结果:加热器与焊件接触紧密，加热宽度及保温层厚度完全达到技术要求，保证了热量的传输及焊件温度的到达，为下一步热处理工作做好了充分的铺垫工作。使用的设备和材料均符合方案和规范要求，异型三通焊口热处理方案项目已审批。 焊前预热方案，满足焊前预热的现场和规程要求。实施3：工艺的实施。焊接施工区域搭设好防雨棚，拉好安全绳、挂好警示牌 ，清理现场无关人员，打开温控柜开关，通过各个热处理通道上的仪表及热电偶反馈的信息，进行三通焊件的预热工作，仔细观察各个加热器上的热电偶反馈的温度，确定控温区域的最低控制温度和最高显示温度：温控
20、柜仪表显示：B、C、D、E 区最低控制温度为160 最高温度为220, T11 和T12最低温度为110 ，最高温为150;A区控制温度在200-250 , T10 最少为100 ，最高为150.结果：通过全体热处理人员的共同努力，使过热器连接管有障碍三通焊口预热工作顺利完成。6.2焊后热处理工艺的实施：焊缝整体焊接完毕后，保温缓冷至100 恒温1 h，及时进行焊后热处理；(1)采用360 kW 智能温控仪, 12 路输出、每路30 kW、控温范围0 1 100 。(2)升降温速度小于等于60 /h, 热处理温度750 770 , 恒温时间6 h。(3)A、B 两区的加热方法与预热时不同，在完
21、成焊缝的马氏体转变后，拆除原A、B 区的加热器。A 区使用履带加热器包扎至管座焊缝，规格457250，功率20 kW；B区仍然使用绳状加热器，仅包扎原管座焊缝。C、D、E 三区的布置与预热时相同。(4)除了B 区用绳状加热器外，其他每个区域按图布置上下两块加热器，并安装上下两个温度测点。使用的加热器如下图所示。(5).B、C、D、E 区最低控制温度为720 , T11 和T12最少为355 ; A 区控制760 , T10 最 少为380 。 (6)A、B、C、D、E 共五个区域需用智能热处理设备9 路控制(T1T9), 每块加热器都用一路单独控温, 控制测温点9 点、监控点3 点。(7)焊前
22、预热、焊接、缓冷、焊后热处理过程曲线模板，如图7-3 所示 图 6-2 焊前预热、焊接及焊后热处理曲线七效果检查热处理工作完成后，对焊后热处理机器所生成的热处理曲线与图6-2进行校正完全符合规程规范要求,过热器连接管异型三通焊后热处理曲线见下图7-1。小组成员在2014年7月28日委托实验室对焊口硬度进行检测，100%,满足设计和规范要求。无损检测报告见硬度报告-001 ： 图7-1 过热器连接管异型三通焊后热处理曲线 实验室硬度报告-001八、标准化 本施工方法的成功创新，为以后类似的有障碍三通焊件的现场热处理工作提供了强有力的技术支持和施工指导，新颖的施工工艺技术将不断提升焊接热处理工作的
23、技术革新。 小组将“对策”中行之有效的措施纳入到施工作业指导文件中，报公司工程管理部。公司在山东长山项目工程的同类型的焊缝热处理施工作业中推广应用，效果明显，热处理曲线图及硬度检测均在标准范围，施工作业顺利完成。得到了监理及业主的好评。九、体会与今后设想1、体会：通过几个月的努力，此次QC活动, 为本工程的焊接及热处理工作取得一定的成效，对于异型三通的焊口质量完全达到规程、规范的要求，小组对大型发电机组有障碍三通焊接热处理工作积累了一定经验；也为小组以后开展QC活动奠定了基础。各QC成员也一致认为自身的各方面的能力都有提高，如下所示： 自我评价表项 目活动前（分）活动后（分）质量意识35个人能力34QC知识34解决问题决心45团队精神352、 今后设想：通过此次QC活动，使小组成员得到锻炼，使我们认识到全面管理活动在工程上的重要性，小组将选择特殊中小径薄壁管热处理工艺的研发作为我们下一个活动的课题。