某1000MW級(jí)超超臨界火電機(jī)組焊接施工技術(shù)探討

熊亞鋼

摘 要:SA213TP310HCbN(HR3C)、CodeCase 2328(SUPER 304H)、SA213 TP347H 、SA335P91(SA213T91)、SA213T122、SA335P92等鋼種在焊接上有比較大的難度。因此在焊接方案應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞:P92;SUPER 304H;規(guī)格很大;焊接

中圖分類號(hào):TG40文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16723198(2009)22030603お

1 1000MW級(jí)超超臨界火電機(jī)組特點(diǎn)

1.1 該機(jī)組每臺(tái)鍋爐現(xiàn)場焊口估算數(shù)量見下表

1.2 管道規(guī)格很大

其中,主蒸汽1/2管規(guī)格為ID349×87/ SA335P92,后屏出口集箱規(guī)格為Φ406.4×88.9/ SA335 P91,末過進(jìn)口集箱Φ558.8×107.95/ SA335 P91,末過出口集箱Φ內(nèi)徑270×110(min.)/SA335 P92,末過出口管道Φ內(nèi)徑357×90(min.)/SA335 P92,末級(jí)再熱器出口集箱Φ914.4×76.20/SA335 P92,省煤器出口集箱Φ609.6×122.2/ SA-106C。

1.3 采用了大量的新鋼種

其中,在分隔屏過熱器、后屏過熱器、末級(jí)過熱器、末級(jí)再熱器和主蒸汽部件上使用了不銹鋼HR3C(SA213TP310HCbN)、SUPER 304H(CodeCase 2328)、SA213TP347H和新型馬氏體耐熱鋼SA335P92 、SA213T122,它們均為1000MW級(jí)超超臨界火電機(jī)組鍋爐用新型鋼材,這些新型鋼種在焊接上有比較大的難度,焊接時(shí)應(yīng)首先從焊接工藝評(píng)定出發(fā)。

1.4 焊接施工環(huán)境

(1)該機(jī)組位于我國南部沿海,下半年溫暖多雨,且受臺(tái)風(fēng)影響,暴雨頻繁。多年平均氣溫為21-23℃;相對(duì)濕度的多年平均值為79%。

(2)針對(duì)該機(jī)組所處地氣候條件,進(jìn)行焊接施工時(shí),應(yīng)有如下注意事項(xiàng):

①露天進(jìn)行焊接施工時(shí),必須作好擋雨、擋風(fēng)措施。焊接件上方制作專用的擋雨、擋風(fēng)棚,下方防風(fēng)采用沿焊件周圍圍防風(fēng)帆布。

②鍋爐安裝時(shí),要根據(jù)現(xiàn)場情況,對(duì)鍋爐爐頂、爐墻進(jìn)行部分整體擋雨、擋風(fēng),各施工點(diǎn)根據(jù)氣候情況再進(jìn)行局部的擋雨、擋風(fēng)。

③當(dāng)碰到暴風(fēng)、暴雨惡劣天氣時(shí),禁止露天焊接施工。

2 焊工及熱處理工

(1)焊工必須按DL/T679-1999《焊工技術(shù)考核規(guī)程》或勞動(dòng)部《鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則》通過考核并取得資格證書。

(2)焊工上崗前必須進(jìn)行上崗考核,在確認(rèn)合格后才可允許上崗承擔(dān)所持合格證范圍內(nèi)的焊接工作。

(3)熱處理工應(yīng)有從事熱處理工作的有效證書。

3 新型和難焊鋼材的焊接方法

焊接方法大致有SA335P91、SA213T91、SA335P92、SA213T122、1Cr18Ni9Ti 、SA213 TP347H、SA213TP310HCbN(HR3C)、SUPER304H (CodeCase 2328)。

(1)SA335P91,采用雙層氬弧焊打底、電焊蓋面焊接方法。

(2)SA213T91,壁厚δ ≤ 6mm的管道,采用全氬焊接方法,壁厚δ> 6mm的管道,采用氬弧焊打底、電焊蓋面焊接方法。

(3)SA335P92,采用雙層氬弧焊打底、電焊蓋面焊接方法。

(4)SA213T122,壁厚δ ≤ 6mm的管道,采用全氬焊接方法,壁厚δ> 6mm的管道,采用氬弧焊打底、電焊蓋面焊接方法。

(5)不銹鋼1Cr18Ni9Ti、SA213 TP347H、SA213TP310HCbN(HR3C)、SUPER304H(CodeCase 2328)采用全氬焊接方法。

(6)SA335P91、SA213T91、SA335P92、SA213T122、1Cr18Ni9Ti 、SA213 TP347H、SA213TP310HCbN(HR3C)、SUPER304H (CodeCase 2328)等鋼種及其與異種鋼對(duì)焊時(shí),背部充氬或涂專用保護(hù)劑保護(hù)。

4 新型鋼材焊接材料舉例

新型鋼材有SUPER304H(CodeCase 2328)、SA213 TP310HCbN(HR3C)、SA213 TP347H、SA335P92、SA213T122等

(1)SUPER304H (CodeCase 2328)使用T-304H焊絲。

(2)SA213TP310HCbN(HR3C)使用T-HR3C焊絲。

(3)SA213 TP347H使用ER347H焊絲。

(4)SA335P92使用德國蒂森公司MTS-616焊絲,MTS-616焊條。

(5)SA213T122使用TGS-12CRS焊絲,CR-12S焊條。

5 SA335P91、 SA335P92大管的焊接方案

5.1 專項(xiàng)質(zhì)量保證措施

(1)為保證焊接施工的連續(xù)進(jìn)行,避免突然停電,所用電焊機(jī)電源、熱處理設(shè)備電源將使用專門的獨(dú)立電源。

(2)為作好擋雨、擋風(fēng),焊接前將搭設(shè)帆布擋雨、擋風(fēng)棚,棚室內(nèi)設(shè)足夠照明。

(3)為保證熱處理質(zhì)量,熱處理設(shè)備選用智能化全自動(dòng)溫控設(shè)備。

(4)執(zhí)行跟蹤旁站監(jiān)督,保證焊接施工按照正確的工藝進(jìn)行。

(5)從焊接工藝評(píng)定出發(fā),嚴(yán)格控制焊接的每一流程。

(6)從現(xiàn)有焊工中,挑選足夠數(shù)量的具有P91/T91等資質(zhì)的高壓焊工,進(jìn)行P92、T122管道焊接培訓(xùn),確保工程的焊接施工。

(7)焊條必須嚴(yán)格按焊接規(guī)范要求烘烤,領(lǐng)用時(shí)裝入經(jīng)預(yù)熱到150℃的保溫筒,進(jìn)入作業(yè)點(diǎn)將保溫筒電源接好,通電保溫,隨用隨取。

5.2 通用焊接工藝

(1)采用雙層氬弧焊打底、電焊填充及蓋面的組合焊接方法。

(2)為防止根層焊縫金屬氧化,焊接時(shí)背部充氬或涂專用保護(hù)劑保護(hù)。

(3)氬弧焊打底的焊層厚度控制在2.8-3.2mm范圍內(nèi)。

(4)采取多層多道焊接,為保證后一焊道對(duì)前一焊道起到回火作用,焊接時(shí)每層焊道厚度的控制約為焊條直徑。

(5)焊條擺動(dòng)的幅度,最寬不得超過焊條直徑的4倍。

(6)水平固定焊蓋面層的焊道布置,焊接一層至少三道焊縫,中間以有一“退火焊道”為宜,以利于改善焊縫金屬組織和性能。

(7)為減少焊接應(yīng)力與變形,直徑大于194mm的管道,宜采用兩人對(duì)稱焊接。同時(shí),注意不得兩個(gè)同時(shí)在一處收頭,以免局部溫度過高影響施焊質(zhì)量。

(8)焊接中應(yīng)將每層焊道接頭錯(cuò)開10-15mm,同時(shí)注意盡量焊得平滑,便于清渣和避免出現(xiàn)“死角”。

(9)焊工操作技術(shù)要熟練,認(rèn)真觀察熔化狀態(tài),注意熔池和收尾接頭質(zhì)量,以避免出現(xiàn)弧坑裂紋。

(10)焊縫整體焊接完畢,應(yīng)將焊縫表面焊渣、飛濺清理干凈,自檢合格后,標(biāo)好焊縫代號(hào)。

5.3 SA335P91、 SA335P92層間溫度及焊接線能量控制

(1)施焊過程中,應(yīng)注意層間溫度的保持,層間溫度為200℃-300℃。

(2)焊接時(shí),嚴(yán)格控制焊接線能量小于25KJ。

5.4 SA335P91預(yù)熱及熱處理

(1)采用電加熱方法進(jìn)行預(yù)熱及熱處理。

(2)氬弧焊打底預(yù)熱溫度100℃-150℃;焊前預(yù)熱溫度200℃-300℃。

(3)焊后,冷卻到80-120℃恒溫1小時(shí)以上,待金相組織轉(zhuǎn)變成馬氏體后,隨即升溫進(jìn)行焊后熱處理。

(4)當(dāng)焊接接頭不能及時(shí)進(jìn)行熱處理時(shí),應(yīng)于焊后立即做加熱溫度為350℃、恒溫時(shí)間為1小時(shí)的后熱處理。

(5)焊后熱處理的升、降溫速度以≤150℃為宜,降溫至300℃以下時(shí),可不控制,在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。

(6)SA335P91熱處理溫度為:745℃-765℃,熱處理過程中,在加熱范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)間的溫差不大于20℃。

(7)恒溫時(shí)間:P91鋼焊接接頭按壁厚每25mm,1小時(shí)計(jì)算,但最少不得小于4小時(shí)。

5.5 SA335P92預(yù)熱及熱處理

(1)采用電加熱方法進(jìn)行預(yù)熱及熱處理。

(2)氬弧焊打底預(yù)熱溫度100℃-200℃;焊前預(yù)熱溫度200℃-250℃。

(3)焊后,冷卻到80-120℃恒溫1小時(shí)以上,待金相組織轉(zhuǎn)變成馬氏體后,隨即升溫進(jìn)行焊后熱處理。

(4)當(dāng)焊接接頭不能及時(shí)進(jìn)行熱處理時(shí),應(yīng)于焊后立即做加熱溫度為350℃、恒溫時(shí)間為1小時(shí)的后熱處理。

(5)焊后熱處理的升、降溫速度以≤150℃為宜,降溫至300℃以下時(shí),可不控制,在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。

(6)SA335P92熱處理溫度為:750℃-770℃,熱處理過程中,在加熱范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)間的溫差不大于20℃。

(7)恒溫時(shí)間:P92鋼焊接接頭按壁厚每25mm,1小時(shí)計(jì)算,但最少不得小于4小時(shí)。

5.6 無損檢測

(1)熱處理完畢后,做100%的“RT”檢驗(yàn),對(duì)于射線透不過的厚管壁且沒有探傷孔的焊接接頭,做100%“UT”檢驗(yàn)。

(2)對(duì)于厚度不小于70mm的管子在焊到20mm左右時(shí),停止焊接做后熱處理,之后做100%的射線檢驗(yàn);待確認(rèn)合格后,再按照作業(yè)指導(dǎo)書規(guī)定程序繼續(xù)焊完整個(gè)焊口。

(3)熱處理完畢后,管道上開有探傷孔時(shí)做100%“RT”檢驗(yàn),如無探傷孔則做100%“UT”檢驗(yàn)。

(4)熱處理完畢后,應(yīng)做100%硬度測定。硬度測定平均值的標(biāo)準(zhǔn)不超過母材的布氏硬度加100HB,且應(yīng)≤350HB為合格。

6 SA213T91、SA213T122小管的焊接方案

SA213T91和SA213T122都為馬氏體鋼,在焊接過程中既有冷裂傾向,又有熱裂傾向。為防止焊接冷裂紋,焊接前要對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱。為防止熱裂紋和晶粒的粗大,焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線能量,層間溫度應(yīng)小于300℃,優(yōu)先選用焊接熱輸入較小的鎢極氬弧焊。采用焊條電弧焊時(shí)焊道厚度控制在不大于焊條直徑為宜,建議選用焊條直徑不大于φ2.5mm的焊條。

6.1 專項(xiàng)質(zhì)量保證措施

(1)作好擋雨、擋風(fēng)措施。

(2)為保證熱處理質(zhì)量,熱處理設(shè)備選用智能化全自動(dòng)溫控設(shè)備(DKPC6360-12型 ,DKPC260-4型)。

(3)執(zhí)行跟蹤旁站監(jiān)督,保證焊接施工按照正確的工藝進(jìn)行。

(4)從焊接工藝評(píng)定出發(fā),嚴(yán)格控制焊接的每一流程。

(5)從現(xiàn)有焊工中,挑選足夠數(shù)量的具有P91/T91資質(zhì)的高壓焊工,進(jìn)行P92、T122管道焊接培訓(xùn),確保工程的焊接施工。

(6)焊條必須嚴(yán)格按焊接規(guī)范要求烘烤,領(lǐng)用時(shí)裝入經(jīng)預(yù)熱到150℃的保溫筒,進(jìn)入作業(yè)點(diǎn)將保溫筒電源接好,通電保溫,隨用隨取。

6.2 SA213T91鋼焊接

(1)焊接時(shí)根部進(jìn)行充氬保護(hù),對(duì)于壁厚δ<6mm的管道,采用全氬焊接方法,對(duì)于δ≥ 6mm的管道,采用氬弧焊打底、電焊蓋面焊接方法。

(2)焊前預(yù)熱溫度:鎢極氬弧焊打底 100℃-150℃,焊條電弧焊填充并蓋面 200℃-300℃,層間溫度 200℃-300℃。

(3)鎢極氬弧焊打第的厚度控制在2.8-3.2mm范圍內(nèi)。

(4)焊條電弧焊時(shí),焊接最低層數(shù)為2層,所有焊道的厚度不得超過焊條直徑。

(5)任一焊道的焊接線能量均不得超過25KJ/CM。

(6)焊接過程中,對(duì)層道以及接頭必須認(rèn)真清理,對(duì)懷疑有缺陷之處要徹底打磨干凈,經(jīng)自檢合格后方可焊接次層焊縫。

(7)焊接應(yīng)將每層焊道接頭錯(cuò)開10-15mm,同時(shí)注意盡量焊得平滑,便于清渣和避免出現(xiàn)“死角”。

(8)焊接完畢,待焊口冷卻到室溫,隨即升溫進(jìn)行焊后熱處理。

(9)焊后熱處理的升、降溫速度以≤150℃為宜,降溫至300℃以下時(shí),可不控制,在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。

(10)熱處理溫度為745℃-770℃,恒溫時(shí)間:按壁厚每毫米5分鐘計(jì)算,且不少于0.5小時(shí)。

6.3 SA213T122鋼焊接

(1)焊接時(shí)根部進(jìn)行充氬保護(hù),對(duì)于壁厚δ<8mm的管道,采用全氬焊接方法,對(duì)于δ≥ 8mm的管道,采用氬弧焊打底、電焊蓋面焊接方法。

(2)焊前預(yù)熱溫度:鎢極氬弧焊打底 100℃-200℃,

焊條電弧焊填充并蓋面 200℃-250℃,

層間溫度 200℃-300℃。

(3)鎢極氬弧焊打第的厚度控制在2.8-3.2mm范圍內(nèi)。

(4)焊條電弧焊時(shí),焊接最低層數(shù)為2層,所有焊道的厚度不得超過焊條直徑。

(5)任一焊道的焊接線能量均不得超過20KJ/CM。

(6)焊接過程中,對(duì)層道以及接頭必須認(rèn)真清理,對(duì)懷疑有缺陷之處要徹底打磨干凈,經(jīng)自檢合格后方可焊接次層焊縫。

(7)焊接應(yīng)將每層焊道接頭錯(cuò)開10-15mm,同時(shí)注意盡量焊得平滑,便于清渣和避免出現(xiàn)“死角”。

(8)焊接完畢,待焊口冷卻到室溫,隨即升溫進(jìn)行焊后熱處理。

(9)焊后熱處理的升、降溫速度以≤150℃為宜,降溫至300℃以下時(shí),可不控制,在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。

(10)熱處理溫度為750℃-770℃,恒溫時(shí)間:按壁厚每毫米5分鐘計(jì)算,且不少于0.5小時(shí)。

6.4 無損檢測

熱處理完畢后,做100%的“RT”檢驗(yàn)。

7 SA213 TP347H、SA213TP310HCbN(HR3C)、SUPER304H(CodeCase 2328)三種鋼的焊接

(1)三種鋼材均為奧氏體不銹鋼,其中SUPER304H(CodeCase 2328)、SA213TP310HCbN(HR3C)為新型奧氏體不銹鋼。SUPER304H(CodeCase 2328)是在SA-213TP304H的基礎(chǔ)上加入適量阻止奧氏體晶粒長大的Cu、Nb、N等元素,開發(fā)出的經(jīng)濟(jì)型奧氏體不銹鋼;SA213TP310HCbN(HR3C)是在TP310H不銹鋼中添加N,Nb元素所開發(fā)出來的新型奧氏體不銹鋼。

(2)在進(jìn)行焊接時(shí),為防止高溫區(qū)合金元素的氧化,焊接過程中要進(jìn)行背面充氬保護(hù)。

(3)奧氏體鋼在焊接過程中有熱裂傾向,因而應(yīng)注意控制焊接熱輸入及層間溫度,以及降低焊縫區(qū)的外加應(yīng)力和減少熱影響區(qū)的高溫停留時(shí)間,才能防止熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。為此,需要做到如下幾點(diǎn):

①采用小電流進(jìn)行焊接:70-90A;

②分層多道不擺動(dòng)快速焊接;

③層間溫度≤150℃;

④不允許強(qiáng)制對(duì)口;

⑤焊接過程中,采用焊接線能量較小的全氬焊接方法;

⑥奧氏體鋼的焊接性能良好,無冷裂傾向,因而奧氏體鋼的焊接不需要預(yù)熱。同時(shí),因?yàn)槭菉W氏體鋼也不需要焊后熱處理;

⑦無損檢測:熱處理完畢后,做100%的“RT”檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]@國家電力公司電源質(zhì)[2002]100號(hào),T91/P91鋼焊接工藝導(dǎo)則[S].

[2]@國電焊接信息網(wǎng)[2003]007號(hào),P92/T92鋼焊接推薦工藝[S].

[3]@DL/T 869——2004,火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].

[4]@DIL/T 819 2002,火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].

[5]@DL/T 868-2004,焊接工藝評(píng)定規(guī)程[S].

[6]@DL/T 679-1 999,焊工技術(shù)考核規(guī)程[S].