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后热

为防止急冷进行焊后加热

后热指的是为防止急冷进行焊后加热。后热的目的有两个: 一是促使焊缝中的扩散氢尽快逸出，避免氢致裂纹; 二是适当减缓焊接接头残余应力，防止冷裂纹或者再热裂纹的发生。焊后热处理和后热是两个不同的概念，两者的工艺与目的各不相同，不能相互代替。

基本介绍
目前，许多标准中要求，火力发电厂金属材料焊接完成或者因为工艺中断后，需要及时进行焊后热处理。但对于电站配管厂家，或者电建单位，由于种种客观原因，无法立即进行焊后热处理。为进一步保证焊接质量，避免出现裂纹，需要进行后热处理。另一方面，焊接中断后，短时间内不能重新进行焊接，或者一直保温到重新焊接经济上不合理，也需要进行后热处理。
后热的目的有两个: 一是促使焊缝中的扩散氢尽快逸出，避免氢致裂纹; 二是适当减缓焊接接头残余应力，防止冷裂纹或者再热裂纹的发生。
从目的上讲，后热过程包含焊接工作停止(焊接中断和焊接完成) 以后所有的热处理形式，包括焊后热处理。但是，后热与焊后热处理的不同点在于温度，后热普遍发生在比较低的温度范围; 而焊后热处理要求的温度普遍较高，即Ac1以下30 ～ 50 ℃。因此焊后热处理和后热是两个不同的概念，两者的工艺与目的各不相同，不能相互代替。
作用
后热的作用有：消除焊接产生的热应力、均匀焊缝和热影响区的组织、细化焊缝和热影响区的晶粒、排除焊缝在焊接过程中产生的氢脆、通过热处理可以使焊缝金属与母材金属更好的融合（往往焊接用材与母材的钢号不一致，通过加热扩散，更好的结合）。
不同方式影响
电力标准规定，对马氏体型热强钢焊接接头的后热施工顺序为: 焊后的焊件处于80 ～ 120 ℃、保温1 ～ 2 h 完成马氏体转变，再加热至300 ～ 400 ℃，保温时间为2 ～ 4 h[2]。而有的锅炉制造厂家及国外标准规定，焊接完成后，应恒温350 ℃，保温2 ～ 4 h 后，冷却至室温即可结束，马氏体转变在室温环境下进行。针对不同的规定，对P92 钢不同的焊口，采用不同的后热工艺，完成后对其检验，判断不同的后热方式对焊口力学性能的影响。
材料准备工作
采取某电厂管道的原材料，材质为A335P92，规格为ID 368 mm × 41 mm，共六节，每节长度为250 mm。材质书等证明材料齐全。每两节组成一个焊口，并在每节上打上钢印作为标识。
焊材氩弧焊焊丝打底选用ThermanitMTS 616，规格OD2． 4 mm，手工电弧焊的焊条填充选用Thermanit MTS 616 规格OD 3． 2 mm，埋弧自动焊焊丝选用Thermanit MTS 616 规格OD 2． 4 mm，埋弧焊焊剂选用MARATHON 543。以上焊材均经焊材复检，性能可靠。
为避免放置时间不同而引起实验误差，由三组焊工同时施焊。三组焊工均为熟练焊工，且焊工证在有效期内。各自所使用焊机性能可靠。
测试过程
1 焊接
每节管子开一侧坡口并按要求组对，组成三个焊口，分别由不同焊工在同一时间施焊。三组试样分别标号GYSY01、GYSY02、GYSY03。焊接过程中的工艺及预热、伴热、层间温度均符合相关要求。
2 后热过程
三组试样均按时完成，时间相差不超过5 min。焊接完成后，对于GYSY01，不采取后热处理，即直接放置在静止空气中慢慢冷却。对于GYSY02，焊接完成后，升温至350 ℃，恒温2 h 后，后热过程结束，焊口保温缓冷，对于GYSY03，焊接完成后，先降温至90 ℃完成马氏体转变，恒温2h，然后再升温至350 ℃，保温2 h，后热过程结束。
GYSY02 与GYSY03 后热时，热电偶位置布置合理且有打点记录。后热完成后，UT 检测各焊口，均未检测到焊接缺陷。
3 中间处理
为体现不同形式后热对焊口质量的影响，以上三个焊口温度降至室温后，裸露放置于室外环境中，并保留30 d。期间室外为冬季，每日最高温度不超过5 ℃，并发生一次降雪现象。
4 焊后热处理
保留时间结束后，将上述三个试样整体热处理。三个试样同炉处理，热处理工艺为: 升降温速度≤120 ℃ /h，恒温温度760 ℃，恒温时间4 h。
5 热后检验
经UT 检验，GYSY01 出现微裂纹，GYSY02 及GYSY03 焊接质量合格，无裂纹产生。
6 力学检验
将三个焊缝取样并进行力学检验。根据相关规程，以上试样的力学性能检验结果，均满足焊口性能要求，可判断为合格。
焊接质量结果
1) 在恶劣环境下，对于P92 钢等有冷裂纹倾向的钢，不作后热处理，可能会出现微裂纹。
2) 后热的主要作用在于避免氢致裂纹，因此不能用后热代替焊后热处理。
3) 常规电厂材料检测方法中，无法明确判断焊口是否进行过焊后热处理，只能判断是否进行了焊后热处理。
4) 不做后热处理，通过常规电厂检测方法，也可能判定为合格。
5) 马氏体转变前进行后热处理，或者转变后进行后热处理，两者的效果相同，都可在一定程度上避免氢致裂纹。
6) 从经济效益上分析，后热前完成马氏体转变的，需要先降温至90 ℃，保温2 h，完成马氏体转变，然后再升温至350 ℃，恒温2 h，进行消氢处理。在实际生产中，对于小口径大壁厚的管子，可能会出现降温及升温缓慢的现象。
经测试，夏天时，焊接完成后，温度由280 ℃自然冷却至90 ℃需要7 ～ 8 h，或者更长。此过程需要实时监控。采用本工艺顺序，后热过程可达16 ～ 18 h。而先消氢再完成马氏体转变则不需要。仅需要在焊接完成后升温至350 ℃，恒温2 h 后即可。
总结
1) 焊接完成或者中断时间比较长、不能立即进行焊后热处理的，对于有冷裂纹倾向的焊口，需要立即后热处理，否则可能出现延迟裂纹或冷裂纹。
2)后热的主要目的是消除氢，手段是通过减缓焊缝的冷却速度，加速扩散氢的逸出，从而防止氢致裂纹的产生，只是一种临时性措施，不能有效地降低焊接参与应力，因此不能用后热代替热处理。
3) 从理论上分析，不管是否进行后热，马氏体钢在焊接完成后、焊接热处理前，都要有马氏体转变过程( 100 ℃以下2 h) 。否则就有可能造成焊缝金相组织不符合要求。
4) 从实验结果分析，后热前完成马氏体转变或者后热之后马氏体转变，两者都达到了要求。
5) 后热处理完成后再进行马氏体转变的工艺顺序，生产效率明显提高而成本有一定程度下降，建议推广使用。
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