异型三通焊口热处理工艺的研发.docx
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异型三通焊口热处理工艺的研发
研发有障碍三通焊后热处理方法
QC小组名称：
长山项目部焊接专业QC小组
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
一、课题选择………………………………………………………………………3
二、小组介绍………………………………………………………………………4
三、选题的理由……………………………………………………………………5
四、设定课题目标及目标可行性分析……………………………………………5
五、提出各种方案并确定最佳方案………………………………………………6
六、制定对策………………………………………………………………………8
七、对策实施………………………………………………………………………9
八、效果检查………………………………………………………………………11
九、标准化…………………………………………………………………………12
一十、总结和今后打算………………………………………………………………14
研发有障碍三通焊后热处理方法
一、课题选择
山东滨北新材料有限公司长山热电厂4*330MW机组工程，1-4号机组由黑龙江省火电一工程公司承建，这4台机组锅炉高温过热器出入口集箱三通及后屏过热器出入口集箱三通支管短，长度不足100mm，这类焊件现场热处理在技术上及工艺上都将是有待解决的难题，因此成立了QC小组，小组成员现以有障碍三通焊口的热处理作为QC活动的研究对象。
1、有障碍三通概念
有障碍三通：
指三通焊口在热处理过程中，三通支管长度＜4δ，主管及主管下面的接管座给加热片、保温布置及升温造成的困难而言。
图1有障碍三通焊口
图2有障碍三通焊口热处理分区图
2、焊口两侧是非对称结构。
有障碍三通支管的管路短（如图1），三通支管管长不足110mm，热处理时焊缝两侧是非对称传热，当采用通用的焊后热处理工艺和方法时，由于接头各向传热的不均匀性，进而可能产生由于热处理带来的附加热应力。
3、12CrlMoVGNG属于珠光体耐热钢，具有一定的冷裂纹和再热裂纹倾向。
再热裂纹的敏感温度区间500℃～700℃,焊口在热处理时不能在该温度区停留时间过长，应快速通过该温度区。
4、过热器集箱三通规格：
高温过热器集箱规格是φ619．6×110材质为12Cr1MoV；主蒸汽管道规格φ609．6mm×90mm，材质为12CrlMoVG。
三通焊口主管下面有障碍（高过受热面小径管如图1），这种复杂结构势必给热处理造成困难，如果焊口焊接过程产生的应力消除的不彻底，在机组启停机过程中与管子本身的热胀冷缩产生的应力叠加会在焊口周围的热影响区产生裂纹,给机组造成停机。
所以直接段焊口焊后热处理的方案不适用于有障碍三通焊后热处理。
5、课题确定
综上所述,常用的焊接热处理方法从质量及成本上无法满足要求。
小组成员必须找到一种全新的方法来解决有障碍三通的焊后热处理问题。
故小组以《研发有障碍三通焊后热处理方法》作为本次QC活动课题。
二、小组简介
1.QC小组简介（见表1）
表1QC小组简介
课题
研发有障碍三通焊后热处理方法
小组名称
长山项目部焊接专业QC小组
小组活动时间
2014年10月25日~2014年11月25日
小组成立时间
2014年10月1日
课题类型
创新型
小组注册号
CS2014-1
课题注册号
CS2014-1-1
组长
董吉春
小组人数
7人
审核人：
董吉春制表人：
吴佳鑫制表时间：
2014年10月10日
2、QC小组成员（见表2）
表2QC小组成员
序号
姓名
文化
程度
职称
职务
组内
职务
组内分工
教育时间（h）
1
董吉春
大专
工程师
焊接工程师
组长
主持小组工作
270
2
滕义成
高中
高级技师
焊接工地主任
组员
现场负责
270
3
钟成林
高中
焊接技师
焊接班长
组员
质量监督管理
230
4
吴佳鑫
本科
助理工程师
技术员
组员
热处理技术员
270
5
刘刚
高中
组员
热处理操作工
240
6
李善军
高中
组员
热处理操作工
240
7
张东彬
初中
组员
安全员
260
审核人：
董吉春制表人：
吴佳鑫制表时间：
2014年10月10日
三、选题理由
QC小组活动选题理由
随着大容量火电发电机组的发展和锛造技术的提高，在火电发电机组施工中遇到的异形钢构件越来越多，在现场焊接热处理施工过程中，通常采用的加热方法、加热装置，无法保证焊件温度的均匀性及加热质量
发展趋势要求
本工程确定质量目标优质工程，焊口质量的好坏直接影响到本工程质量目标的实现。
工程质量要求
施工现状
1-4号机组的高温过热器出入口集箱三通焊口及后屏过热器出入口集箱焊口，支管短热处理在技术上及工艺上都存在困难
如何保证热处理工艺，是确保焊口质量的关键
症结、差距
有障碍三通焊后热处理方法
选定课题
制表人：
董吉春日期：
2014.10.21
研发有障碍三通焊后热处理方法
课题确定
有障碍三通焊后热处理方法
选定课题
制表人：
董吉春日期：
2014.10.21
四、设定课题目标
1、研发有障碍三通焊后热处理目标：
热处理自动曲线符合工艺要求，焊缝硬度检验100%合格，焊缝金相检验100%合格
2.目标可行性分析
焊后热处理目标顺利实现必须在进行热处理前，根据构件的尺寸合理布置加热器，以使焊缝处于热处理温度场最高温度区域，并建立合理的温度梯度，使焊缝两侧有足够的保温范围，当受到焊件结构影响时，焊缝不能位于最高温度区域时，应准确撑握最高温度的位置、焊缝的温度及焊缝两侧的保温范围，以合理的热电偶布置，使热处理的区域内的最高温度控制在允许范围，焊缝温度及其加热、保温宽度控制在标准要求范围内才能保证焊口热处理质量，焊缝及热影响区硬度达标，金相组织符合要求，热处理自动曲线符合工艺要求。
五、提出各种方案并确定最佳方案
（一）提出方案
2014年10月30日至11月8日，围绕“有障碍三通焊口热处理”这一中心课题，QC小组成员集思广益对有障碍三通焊口热处理进行讨论，共提出了Ⅰ+Ⅱ二区加热热处理法、及Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ四区、加热四区二区法及四区四区法热处理法
三通焊口热处理分区图图3
方案一：
二区加热法
把三通划分四个区即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ区（如图3），Ⅰ区为主加热区，Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ区为辅助加热区，在Ⅰ区及Ⅱ区布置加热器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ区进行保温，通电升温时，主加热区恒温温度设为745℃，恒温时间5h；辅助加热Ⅱ区恒温温度设为540℃恒温时间8时间的热处理方法。
方案二：
四区加热法
四区加热法比二区法多了二个加热区，即辅助加热区中Ⅲ及Ⅳ区布置加热器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ区进行保温，通电升温时，主加热区恒温温度设为745℃，恒温时间5h；辅助加热区恒温温度设为540℃恒温时间8时间的热处理方法，
方案三：
四区二区法
四区二区法中热电偶、加热器及保温布置同“方案二”相同，通电升温时，主加热区恒温温度设为745℃，恒温时间5h；辅助Ⅱ区恒温温度设为740℃恒温时间5时间，Ⅲ及Ⅳ的恒温温度设置540℃，恒温时间8h的热处理方法。
方案四：
四区三区法
热电偶、加热器及保温布置同“方案二”相同，通电升温时，辅助加热区的热处理工艺参数设置与主加热区相同或者比主加热区恒温温度降低5℃的热处理方法。
（二）方案比较
1、方案一与方案二对比
在实验之前对三通焊口四个区即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ进行热电偶、加热片及保温统一布置以方便方案实施，Ⅰ为主加热区，Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ为辅助加热区（如图3）。
试验分析和对比如表3所示
表3方案一与方案二对比
实施
地点
4#机组炉顶棚
实施
时间
2014年10月30日~2014年11月8日
执行人员
吴佳鑫钟成林
刘刚李善军
将规格为φ619×110三通支管与主蒸汽管φ609×90焊接的焊口，进行热处理
热处理方案
Ⅰ+Ⅱ二区加热法
Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ四区加热法（540℃）
热处理方法
（1）通电加热：
接线通电，设置热处理参数。
Ⅰ区温度设置为745℃，Ⅱ区恒温温度设置为540℃，升温速度相同，⑵标注热处理的记录曲线，检查曲线有无异常⑶做好处理记录
通电加热：
设置热处理参数。
Ⅰ区恒温温度设置745℃，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ恒温温度设置540℃，升温速度相同，以下步骤同左
热处理曲线图
试验分析
以上两种热处理加热法在升温过程中出现滞涨状况
综合分析结果
二区加热法及四区加热法（540℃）主加热Ⅰ区温度滞涨，结束热处理
结论
两种方案不可行
审核人:
董吉春制表人:
吴佳鑫制表时间:
2014年11月7日
2.方案三与方案四对比：
2014年11月9日~11月20日，小组成员对四区加热法进行进一步研究，提出了以下热处理方案：
四区加热法的辅助加热区Ⅱ恒温温度由540℃提高到740℃,Ⅲ、Ⅳ恒温温度540℃不变简称四区二区法及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三区的辅助加热区温度提高到740℃法简称四区三区法，方案对比分析如表4所示。
表4四区二区法方案与四区三区法方案对比表
实施
地点
4#机组炉顶棚
实施
时间
2014年11月9日~2011年11月20日
执行人员
钟成林吴佳鑫
刘刚李善军张东彬
将规格为φ619×110三通支管与主蒸汽管φ609×90焊接的焊口，进行热处理
热处理方案
四区二区法
四区三区法
热处理方法对比
通电加热：
设置热处理参数。
Ⅰ区恒温温度设置745℃，Ⅱ区恒温设置740℃，Ⅲ、Ⅳ恒温温度设置540℃升温速度相同，以下步骤同上
⑷通电加热：
设置热处理参数。
Ⅰ区恒温温度设置745℃，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区恒温设置740℃，升温速度相同，以下步骤同左
热处理曲线图
综合分析结果
四区二区法中Ⅰ区升温到545℃时出现停滞，恒温，无法升温。
四区三区法中Ⅰ区很顺利升温到745℃。
结论
采用四区三区法进行热处理
审核人：
董吉春制表人：
吴佳鑫制表时间：
2014年11月20日
3、最佳方案确定：
经过实验分析最后确定“四区三区法”做为最终方案对有障碍三通进行热处理。
六、制定对策
1.关键工序确定
关键工序：
:
（1）设置及热电偶安装
（2）设置及安装加热片
（3）保温棉的布置
2.绘制对策表
针对施工过程中的关键工序，小组成员采用“5W1H”的方法制定了具体的施工对策。
表8关键工序对策表
关键
工序
对策
（what）
目标
（why）
措施
（how）
地点
（where）
完成时间
（when）
执行
（who）
热电偶设置
在温度场内的最高温度位置及焊缝上各设置一个热电偶作为控温热电偶，另外设置2只监控热电偶主加热区及辅助加热区内
最高温度区域的温度控制在合理范围内
在最高温度位置及焊缝上各设一热电偶，增设两个监控热电偶，布置在同一条直线上，所在直线与母材垂直（如图2）。
4#机组炉顶棚
2014年11月1日
董吉春
滕义成
吴佳鑫
钟成林
刘刚
李善军
加热片安装
加热器与热处理区域接触紧密
焊件受热均匀，
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，
4#机组炉顶棚
2014年11月1日
董吉春
滕义成
刘刚
李善军
安装保温层
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
热处理过程中热量损失降到最小
1、增加保温层厚度及保温宽度。
2、三通下面接管座塞满保温棉
4#机组炉顶棚
2014年11月1日
董吉春
吴佳鑫
张东彬
刘刚
李善军
审核人：
董吉春制表人：
吴佳鑫制表时间：
2014年11月17日
七、对策实施
1、设置及安装热电偶（如图4）：
⑴、设置热电偶：
使用K分度、简装热电偶共4只，图3中1、2、3点各一只，另外2点的反方向需要布置一个，使用铁丝进行绑扎固定。
其中2点的热电偶控制Ⅰ区加热器，3点热电偶控制Ⅱ、Ⅲ、、Ⅳ区加热器防止加热中心的偏移，2点反方向及1点热电偶作为监控热电偶。
⑵、效果检查：
热处理恒温过程中，温控记录仪表数据显示：
2点热电偶的的最高温度数值在740℃～745℃之间，1点热电偶显示735℃～740℃。
温度场中最高温度控制在合理范围内。
热电偶安装图（图4）加热片安装图（图5）
图4热电偶设置图
图5加热片布置图
2、加热器安装（如图5）
⑴、布置加热器：
Ⅰ区布置500×450mm10kw的履带加热器3片；Ⅱ区布置600×380mm10kw的履带式加热器两片；Ⅲ、Ⅳ区各布置10kw的履带加热器1片（如图4）：
⑵、效果检查：
加热器与管子接触紧密，安装后加热器表面平整，无高低不平状况。
3、安装保温棉（如图6）
⑴布设保温层：
使用高纯度硅酸铝针刺毡进行保温，保温宽度执行工艺卡规定露出加热器100mm，厚度为60mm，管座间要填充保温材料，并固定牢固。
⑵效果检查：
经过测量保温宽度及厚度符合热处理工艺要求。
保温棉布置图（图6）WDK-B-360KW智能温控设备图（图7）
图5有障碍三通焊口保温棉布置图
图5WDK-B-360KW智能温控设备图
4、通电加热：
给相应的加热器下达升温指令。
热处理过程中要求处理人员随时观察焊口的温度反馈情况，不准离岗，另外加强现场的巡视。
八、效果检查
1.目标完成情况
2014年11月19日对四区三区法进行检测，其硬度及金相检验100%合格，四区三区法的热处理工艺参数目标实现
在正式对高温过热器三通焊口进行热处理后，小组成员委托实验室对焊口硬度及金相进行检测，100%,满足设计和规范要求。
无损检测报告如下图所示
2、效益
通过此次QC小组活动，优质高效的完成山东滨北新材料有限公司长山热电厂4*330MW机组工程三通焊口的热处理任务，有障碍三通焊口热处理的创新方法，焊接质量得到保证。
得到了监理、业主和设计单位的一致好评。
本施工方法的成功实践,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技术革新，提高工作质量，保证工件服役年限，社会效益和经济效益明显。
九、标准化
“有障碍三通焊口热处理方法”无论在质量上及机组运行上得到业主及监理的认可，公司将“对策”中行之有效的措施纳入到施工作业指导文件中，在伊春项目推广应用。
一十、总结及今后打算
通过这次QC小组全体成员的共同努力,充分发挥自身的技术能力及分析能力,运用了科学的工具,成功研发了“有障碍三通焊口的热处理方法”。
同时小组成员的综合素质也得到提高。
对于本项目的开展，QC小组进行了总结：
加热器分区布置、热电偶布置及辅助加热区温度的设置在有障碍三通焊口热处理过程中发挥重大作用，为有障碍三通焊口热处理提供了有力的保证。
QC小组总结本次课题研究的经验，下一阶段还将要针对大径管焊口热处理降温过程中温度控制开展QC活动，解决技术难题，确保工程质量。
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