2×300MW發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)再熱調(diào)節(jié)閥門桿漏氣管座焊接方案的制定與實(shí)施

畢耜明

江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司

某火力發(fā)電公司一期工程為2×300MW循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)選用上海汽輪機(jī)廠的N330-16.7/538/538型汽輪機(jī)，其再熱調(diào)節(jié)閥有兩臺(tái)，工作溫度540℃；壓力3.4MPa；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備名稱分別為#2-1再熱調(diào)節(jié)閥、#2-2再熱調(diào)節(jié)閥，分左右兩側(cè)對(duì)稱布置；再熱調(diào)節(jié)汽閥是再熱蒸汽系統(tǒng)的重要組成部件，該閥門的正常投用直接影響整個(gè)發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行；其中#2機(jī)組于2010年2月正式投入運(yùn)行，2014年3月25日機(jī)組累計(jì)運(yùn)行約29300小時(shí)，按照運(yùn)行規(guī)程開(kāi)展了首次A級(jí)檢修工作，檢修周期為2014年3月25日至5月21日。根據(jù)《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》（DL/T 438-2009）標(biāo)準(zhǔn)的要求，需對(duì)再熱調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行解體檢查，解體前將管座和疏水管對(duì)接焊縫進(jìn)行切割，使兩者分離，便于閥體的解體檢查；解體檢查完畢后，將該對(duì)接焊縫進(jìn)行了焊接恢復(fù)，首先對(duì)#2-1再熱調(diào)節(jié)汽閥的管座與疏水管的的對(duì)接焊口進(jìn)行恢復(fù)，如圖1。

圖1 管座與疏水管焊口點(diǎn)焊固定

管座與疏水管的焊口經(jīng)打磨清理后，進(jìn)行恢復(fù)焊接，采用的焊接方法是鎢極氣體保護(hù)焊，點(diǎn)固焊時(shí)發(fā)現(xiàn)管座與疏水管的對(duì)接焊口出現(xiàn)大量氣孔，無(wú)法施焊，研究后首先懷疑是氬氣不純、焊機(jī)性能不穩(wěn)定或氬弧焊槍的氣體保護(hù)效果差等原因，為驗(yàn)證原因，由同一焊工、同一套焊材工器具在其它母材上進(jìn)行了試驗(yàn)，未出現(xiàn)氣孔和其他缺陷，即結(jié)果顯示無(wú)任何異常，排除了上述原因，于是斷定管座存在質(zhì)量問(wèn)題，隨后在該管座的其他位置進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論在該管座的哪個(gè)位置施焊，均出現(xiàn)大量氣孔，如圖2，證明該管座存在質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組另外一側(cè)的#2-2再熱調(diào)節(jié)閥門桿漏氣管座也出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，隨將兩處管座沿著閥體與管座的角焊縫進(jìn)行了割除，準(zhǔn)備進(jìn)行換管處理。

圖2 管座表面密集性氣孔

1 管座焊接氣孔的原因分析

1.1 元素分析

經(jīng)查閱圖紙，該管座的材質(zhì)為12Cr2Mo，對(duì)管座進(jìn)行了合金成份元素分析，見(jiàn)表1。

參照《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管參照》（GB 5310-2008）標(biāo)準(zhǔn)，基本符合12Cr2Mo的化學(xué)成份。

1.2 金相分析

對(duì)管座進(jìn)行了金相分析，焊縫氣孔較多，如圖3；熱影響區(qū)存在條狀析出物，如圖4。母材制樣磨拋后，用4%硝酸酒精腐蝕發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)、外表面各一定深度范圍內(nèi)顏色較深，極易腐蝕，在金相顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，中間處組織為貝氏體+鐵素體，如圖5、6，球化2級(jí)，組織無(wú)異常。內(nèi)外表面組織為貝氏體+鐵素體+碳化物，如圖7，其中鐵素體較少，并存在有較多的碳化物顆粒，與中間處母材組織存在很大差異，分界的地方如圖8、9，其中顏色發(fā)深區(qū)域?yàn)榻砻?，測(cè)試深度為790μm，這可能是管子內(nèi)外表面經(jīng)過(guò)滲碳或者滲氮處理等強(qiáng)化處理。

表1 管座化學(xué)成份表

圖3 焊縫氣孔

圖4 熱影響區(qū)析出物

1.3 顯微硬度測(cè)試

用維氏硬度計(jì)對(duì)表面和中間處進(jìn)行維氏硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)表面硬度較高，平均為318HV0.5，中間處硬度值正常，平均為167HV0.5。

綜上所述，該管座的材質(zhì)使用正確，沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)用材質(zhì)的情況，但是整個(gè)壁厚截面上顯微組織已不均勻，內(nèi)外表面的金相組織成份已發(fā)生變化，且硬度偏高，是造成焊接缺陷的主要原因。

圖5 中間處金相組織

圖6 中間處金相組織

圖7 內(nèi)外表面組織

圖8 分界處

圖9 分界處

2 處理方案的制定

經(jīng)查閱圖紙，閥體的材質(zhì)成份為ZG15Cr2Mo1，閥體直徑約Ф1140mm，厚度224mm；管座的材質(zhì)為12Cr2Mo，規(guī)格Ф42×4mm；疏水管的材質(zhì)為12Cr1MoV，規(guī)格Ф42×4mm。

2.1 管座材質(zhì)的選擇

由于閥體材質(zhì)為ZG15Cr2Mo1，疏水管材質(zhì)為12Cr1MoV，兩者并不一樣，而閥門制造廠之所以將管座的材質(zhì)選為12Cr2Mo，主要是基于兩種考慮：

（1）保證重要焊口（角焊縫）的質(zhì)量：所以將閥體和管座的材質(zhì)保持基本一致。

（2）便于熱處理工作：由于閥體的厚度和直徑較大，根據(jù)《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》（DL/T 819-2010）規(guī)定，管座角焊縫必須進(jìn)行熱處理，查看閥門出廠資料，也顯示閥座經(jīng)過(guò)了高溫回火處理，因此二者保持一致便于熱處理恒溫溫度的設(shè)定，便于整體熱處理。

但是目前的處理，熱處理工藝明顯受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，既不能像廠家那樣利用加熱爐開(kāi)展整體熱處理工藝，又由于閥體為異型件，也不便于柔性陶瓷電阻加熱器等熱處理設(shè)備的敷設(shè)，因此必須選擇一種免做熱處理的焊接工藝，以滿足現(xiàn)場(chǎng)熱處理受限條件的限制，同時(shí)兼顧疏水管的材質(zhì)，避免異種鋼的焊接。

經(jīng)研究決定，閥體和管座的焊接材料宜選用鎳基焊材，可以免做熱處理工藝；管座的材質(zhì)應(yīng)放棄選用原材質(zhì)12Cr2Mo，而應(yīng)選擇與疏水管同材質(zhì)的高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管，即選用材質(zhì)12Cr1MoV、規(guī)格Ф42×4mm的鋼材，這樣可以避免管座與接管異種鋼的焊接問(wèn)題，簡(jiǎn)化焊接工藝，保證焊接質(zhì)量，且12Cr1MoV的材質(zhì)適應(yīng)于壁溫≤555℃的集箱和蒸汽管道，完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的要求。

2.2 管座與疏水管之間對(duì)接焊縫的焊接方案

兩者為同材質(zhì)、同規(guī)格的管材，根據(jù)《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》（DL/T 869-2012）的要求，焊接方式采用鎢極氣體保護(hù)焊，焊材選用TIG-R31焊絲，焊前預(yù)熱、焊后緩冷，不必做熱處理。

2.3 管座與閥體之間角焊縫的焊接方案

根據(jù)前文所述，閥體的材質(zhì)成份為ZG15Cr2Mo1，閥體直徑約Ф1140mm，厚度224mm；管座的材質(zhì)選用12Cr1MoV, 規(guī)格Ф42×4mm。由于熱處理工藝不便于在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展，所以宜選用鎳基焊材施焊，具體方案如下：

（1）焊接方法：管座與閥體的角焊縫采用手工電弧焊焊接。

（2）焊接材料及要求：角焊縫選用AWS A5.11 ERNiCrMo-3焊條，規(guī)格Ф3.2mm。

（3）焊工資質(zhì)要求：焊工應(yīng)按照《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》（TSG Z6002-2010）考核合格，并持有有效資格證書(shū)。

（4）焊前處理要求：焊前將原焊縫打磨干凈，將焊接區(qū)域鄰近10～15mm范圍內(nèi)的油銹污清理干凈，露出金屬光澤，表面經(jīng)著色探傷無(wú)缺陷后進(jìn)行下一步工作。

（5）焊接坡口：管座采用單“V”型坡口與閥體對(duì)接，單邊坡口角度為50～60°，對(duì)口間隙2～3mm。

（6）焊接規(guī)范：焊前對(duì)閥體和管座采用火焰加熱方法預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～250℃，焊接電流70～120A，焊接電壓22～28V，采用小規(guī)范，快速施焊，層間溫度控制在250℃以下。

2.4 焊后檢驗(yàn)

焊后對(duì)焊縫表面清理之后，進(jìn)行了表面著色探傷，未見(jiàn)缺陷。2015年3月，機(jī)組運(yùn)行約12個(gè)月后，利用停機(jī)檢修的時(shí)機(jī)，拆除該處保溫層后，再次對(duì)角焊縫進(jìn)行了外觀檢驗(yàn)、表面著色探傷，未見(jiàn)明顯缺陷。

3 結(jié)論

本次處理的特點(diǎn)是結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)管座的原設(shè)計(jì)材質(zhì)進(jìn)行了變更，選擇了適當(dāng)?shù)拿獬裏崽幚淼暮附庸に嚕葷M足了現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，又滿足了運(yùn)行工況參數(shù)的要求，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T 438-2009 火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2009

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB 5310-2008 高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T 869-2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2012

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T 819-2010 火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2011

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T 715-2015 火力發(fā)電廠金屬材料選用導(dǎo)則[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 13814-2008 鎳及鎳合金焊條[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

[7]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSGZ 6002-2010 特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則[S].北京:新華出版社,2010