某1000MW級超超臨界火電機組焊接施工技術探討

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。因此在焊接方案應采取相應的措施。

關鍵詞:P92;SUPER 304H;規格很大;焊接

中圖分類號:TG40文獻標識碼:A文章編號:16723198(2009)22030603お

1 1000MW級超超臨界火電機組特點

1.1 該機組每臺鍋爐現場焊口估算數量見下表

1.2 管道規格很大

其中,主蒸汽1/2管規格為ID349×87/ SA335P92,后屏出口集箱規格為Φ406.4×88.9/ SA335 P91,末過進口集箱Φ558.8×107.95/ SA335 P91,末過出口集箱Φ內徑270×110(min.)/SA335 P92,末過出口管道Φ內徑357×90(min.)/SA335 P92,末級再熱器出口集箱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、末級過熱器、末級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級超超臨界火電機組鍋爐用新型鋼材,這些新型鋼種在焊接上有比較大的難度,焊接時應首先從焊接工藝評定出發。

1.4 焊接施工環境

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

(2)針對該機組所處地氣候條件,進行焊接施工時,應有如下注意事項:

①露天進行焊接施工時,必須作好擋雨、擋風措施。焊接件上方制作專用的擋雨、擋風棚,下方防風采用沿焊件周圍圍防風帆布。

②鍋爐安裝時,要根據現場情況,對鍋爐爐頂、爐墻進行部分整體擋雨、擋風,各施工點根據氣候情況再進行局部的擋雨、擋風。

③當碰到暴風、暴雨惡劣天氣時,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《焊工技術考核規程》或勞動部《鍋爐壓力容器焊工考試規則》通過考核并取得資格證書。

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

(3)熱處理工應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焊時,背部充氬或涂專用保護劑保護。

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 專項質量保證措施

(1)為保證焊接施工的連續進行,避免突然停電,所用電焊機電源、熱處理設備電源將使用專門的獨立電源。

(2)為作好擋雨、擋風,焊接前將搭設帆布擋雨、擋風棚,棚室內設足夠照明。

(3)為保證熱處理質量,熱處理設備選用智能化全自動溫控設備。

(4)執行跟蹤旁站監督,保證焊接施工按照正確的工藝進行。

(5)從焊接工藝評定出發,嚴格控制焊接的每一流程。

(6)從現有焊工中,挑選足夠數量的具有P91/T91等資質的高壓焊工,進行P92、T122管道焊接培訓,確保工程的焊接施工。

(7)焊條必須嚴格按焊接規范要求烘烤,領用時裝入經預熱到150℃的保溫筒,進入作業點將保溫筒電源接好,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,焊接時背部充氬或涂專用保護劑保護。

(3)氬弧焊打底的焊層厚度控制在2.8-3.2mm范圍內。

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

(5)焊條擺動的幅度,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)為減少焊接應力與變形,直徑大于194mm的管道,宜采用兩人對稱焊接。同時,注意不得兩個同時在一處收頭,以免局部溫度過高影響施焊質量。

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

(9)焊工操作技術要熟練,認真觀察熔化狀態,注意熔池和收尾接頭質量,以避免出現弧坑裂紋。

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

5.3 SA335P91、 SA335P92層間溫度及焊接線能量控制

(1)施焊過程中,應注意層間溫度的保持,層間溫度為200℃-300℃。

(2)焊接時,嚴格控制焊接線能量小于25KJ。

5.4 SA335P91預熱及熱處理

(1)采用電加熱方法進行預熱及熱處理。

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

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

(4)當焊接接頭不能及時進行熱處理時,應于焊后立即做加熱溫度為350℃、恒溫時間為1小時的后熱處理。

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

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

(7)恒溫時間:P91鋼焊接接頭按壁厚每25mm,1小時計算,但最少不得小于4小時。

5.5 SA335P92預熱及熱處理

(1)采用電加熱方法進行預熱及熱處理。

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

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

(4)當焊接接頭不能及時進行熱處理時,應于焊后立即做加熱溫度為350℃、恒溫時間為1小時的后熱處理。

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

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

(7)恒溫時間:P92鋼焊接接頭按壁厚每25mm,1小時計算,但最少不得小于4小時。

5.6 無損檢測

(1)熱處理完畢后,做100%的“RT”檢驗,對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。

(2)對于厚度不小于70mm的管子在焊到20mm左右時,停止焊接做后熱處理,之后做100%的射線檢驗;待確認合格后,再按照作業指導書規定程序繼續焊完整個焊口。

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

(4)熱處理完畢后,應做100%硬度測定。硬度測定平均值的標準不超過母材的布氏硬度加100HB,且應≤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,焊接前要對工件進行預熱。為防止熱裂紋和晶粒的粗大,焊接過程中應嚴格控制焊接線能量,層間溫度應小于300℃,優先選用焊接熱輸入較小的鎢極氬弧焊。采用焊條電弧焊時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 專項質量保證措施

(1)作好擋雨、擋風措施。

(2)為保證熱處理質量,熱處理設備選用智能化全自動溫控設備(DKPC6360-12型 ,DKPC260-4型)。

(3)執行跟蹤旁站監督,保證焊接施工按照正確的工藝進行。

(4)從焊接工藝評定出發,嚴格控制焊接的每一流程。

(5)從現有焊工中,挑選足夠數量的具有P91/T91資質的高壓焊工,進行P92、T122管道焊接培訓,確保工程的焊接施工。

(6)焊條必須嚴格按焊接規范要求烘烤,領用時裝入經預熱到150℃的保溫筒,進入作業點將保溫筒電源接好,通電保溫,隨用隨取。

6.2 SA213T91鋼焊接

(1)焊接時根部進行充氬保護,對于壁厚δ<6mm的管道,采用全氬焊接方法,對于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。

(4)焊條電弧焊時,焊接最低層數為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,對層道以及接頭必須認真清理,對懷疑有缺陷之處要徹底打磨干凈,經自檢合格后方可焊接次層焊縫。

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

(8)焊接完畢,待焊口冷卻到室溫,隨即升溫進行焊后熱處理。

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

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

6.3 SA213T122鋼焊接

(1)焊接時根部進行充氬保護,對于壁厚δ<8mm的管道,采用全氬焊接方法,對于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。

(4)焊條電弧焊時,焊接最低層數為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,對層道以及接頭必須認真清理,對懷疑有缺陷之處要徹底打磨干凈,經自檢合格后方可焊接次層焊縫。

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

(8)焊接完畢,待焊口冷卻到室溫,隨即升溫進行焊后熱處理。

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

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

6.4 無損檢測

熱處理完畢后,做100%的“RT”檢驗。

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的基礎上加入適量阻止奧氏體晶粒長大的Cu、Nb、N等元素,開發出的經濟型奧氏體不銹鋼;SA213TP310HCbN(HR3C)是在TP310H不銹鋼中添加N,Nb元素所開發出來的新型奧氏體不銹鋼。

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

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

①采用小電流進行焊接:70-90A;

②分層多道不擺動快速焊接;

③層間溫度≤150℃;

④不允許強制對口;

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熱。同時,因為是奧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。

參考文獻

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