超超臨界火力發(fā)電機(jī)組TP92鋼焊接質(zhì)量控制

1、超超臨界火力發(fā)電機(jī)組T/P92鋼焊接質(zhì)量控制    作者：朱萍      2012-1-3 3:20:58   來源：畢業(yè)論文網(wǎng)    摘要本文通過對(duì)T/P92鋼的性能簡(jiǎn)介和詳細(xì)的焊接性分析，提出了T/P92鋼的焊接工藝（包括熱處理）及焊接專項(xiàng)技術(shù)方案，并提出了T/P92鋼現(xiàn)場(chǎng)焊接的質(zhì)量控制要點(diǎn)，對(duì)今后T/P92鋼的現(xiàn)場(chǎng)焊接具有工藝指導(dǎo)價(jià)值。關(guān)鍵詞T/P92鋼焊接 焊接工藝 質(zhì)量控制0 引言近年來660MW超超臨界火力發(fā)電廠燃

2、煤鍋爐機(jī)組，機(jī)組的末級(jí)過熱器出口集箱、主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道及高低旁的部分管道及相關(guān)的疏水管等材質(zhì)多為美國(guó)產(chǎn)的T/P92鋼材。本文針對(duì)T/P92鋼焊接性能特點(diǎn)，制定科學(xué)合理的焊接工藝和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。1 T/P92鋼的性能簡(jiǎn)介T/P92鋼是以T/P91鋼為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，降低Mo、添加W，并在合理的W、Mo含量配比后添加一定的Ni，開發(fā)出了具有更高蠕變斷裂強(qiáng)度的9Cr-0.5Mo-2W系列的NF616鋼，歐洲實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，T/P92材料則適用于鍋爐外部的零部件，如管道和集箱，蒸汽溫度可高達(dá)625。使用這種鋼材，可以明顯減輕鍋爐和管道部件的重量。T/P92鋼為鐵素體系列中的馬氏體耐熱鋼，

3、高溫蠕變強(qiáng)度是T/P92鋼最重要的性能，2005年歐洲蠕變委員會(huì)公布的T/P92鋼600、10萬小時(shí)蠕變斷裂強(qiáng)度為113MPa，610、10萬小時(shí)蠕變斷裂強(qiáng)度為100MPa。T/P92鋼化學(xué)成份范圍見表1，母材熱處理規(guī)范和常溫機(jī)械性能要求見表2。表1 SA-335T/P92鋼化學(xué)成份范圍表2 SA-335T/P92鋼規(guī)定正火及回火溫度及常溫機(jī)械性能要求2 T/P92鋼焊接性分析T/P92鋼對(duì)接頭焊接工藝性能明顯有影響的主要是焊接冷裂紋。此鋼作為馬氏體耐熱鋼，存在一定的焊接殘余應(yīng)力，焊接熱循環(huán)條件下冷卻速度控制不當(dāng)易導(dǎo)致淬硬的馬氏體組織的形成，焊接接頭剛度過大或氫含量沒得到嚴(yán)格控制，有可能產(chǎn)生冷

4、裂紋。T/P92鋼焊縫韌性低，焊接過程中，焊縫金屬由高溫熔融狀態(tài)冷卻形成固態(tài)鑄造組織，熔池從高溫快速冷卻凝固過程中，Nb、V等微合金化元素仍大量固溶在金屬中，未來得及析出，降低了焊縫韌性，而W的存在加劇了焊縫金屬韌性的降低傾向。T/P92鋼焊接接頭熱影響區(qū)存在一個(gè)蠕變斷裂強(qiáng)度(CRS)降低的區(qū)域，導(dǎo)致焊接接頭的壽命低于母材的壽命。此鋼在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行中，往往會(huì)在焊接熱影響區(qū)的“細(xì)晶區(qū)和部分重結(jié)晶區(qū)”（AC3附近或AC3AC1區(qū)間）出現(xiàn)一種無明顯塑性變形的低應(yīng)力蠕變斷裂，造成焊接接頭蠕變斷裂壽命低于母材和焊縫的現(xiàn)象。斷裂前產(chǎn)生的裂紋按位置分類稱為型裂紋，一般是蠕變損傷造成，多數(shù)從靠近壁厚中心部位開

5、始產(chǎn)生裂紋，最后擴(kuò)展到表面。焊接接頭是一個(gè)蠕變速率（或蠕變斷裂強(qiáng)度）的不均勻體，細(xì)晶區(qū)附近的CRS降低區(qū)域處于CRS相對(duì)較高的母材和熱影響區(qū)的粗晶區(qū)及焊縫之間，接頭在蠕變過程中蠕變強(qiáng)度較低的區(qū)域必將受兩側(cè)蠕變抗力較高的母材、粗晶粒區(qū)及焊縫的拘束，拘束作用加劇了該區(qū)域的蠕變損傷速度。3 T/P92焊接工藝3.1 焊接方法。T/P92鋼焊接采用手工鎢極氬弧焊（TIG（Ws）打底、手工焊條電弧焊（SMAW(Ds)）填充及蓋面的施焊方法。3.2 焊接材料。T/P92鋼焊接選用的焊絲及焊條應(yīng)與母材相匹配，應(yīng)注意化學(xué)成分的合理性，以獲得優(yōu)良的焊縫金屬成分、組織和力學(xué)性能，同時(shí)要求工藝性能良好。3.3 坡口

6、制備及清理。坡口按DL/T869-2004規(guī)程中表1、圖2和技術(shù)圖紙要求的形狀和尺寸采用機(jī)械方法進(jìn)行加工。管道坡口端面應(yīng)與管道中心線垂直，其偏斜度f不得超過DL/T869-2004規(guī)程中表2的規(guī)定。坡口及其內(nèi)外壁兩側(cè)15mm20mm的油、漆、垢、銹等用角向磨光機(jī)打磨干凈見金屬光澤。為保證鋼管對(duì)口做到內(nèi)壁齊平，在管內(nèi)壁錯(cuò)口超過1mm或壁厚不等時(shí)，應(yīng)按照DL/T869-2004規(guī)定處理。3.4 氬弧焊打底焊接。氬弧焊的推薦預(yù)熱溫度為150±10，推薦的層間溫度為150200，加熱至規(guī)定的預(yù)熱溫度后至少恒溫30min。保溫一定時(shí)間后對(duì)管內(nèi)進(jìn)行充氬，充氬可從探傷孔或坡口間隙插入氣針進(jìn)行，可行

7、時(shí)從氣室一端進(jìn)氣，另一端排氣。確認(rèn)空氣排盡后采用雙人交替對(duì)稱打底焊接，兩層氬弧焊累計(jì)厚度在4.0mm-5.0mm為宜。TIG焊工藝參數(shù)見表3所示。表3 氬弧焊焊接工藝參數(shù)氬弧焊打底過程中應(yīng)及時(shí)檢查焊道表面和背面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，應(yīng)及時(shí)徹底去除，確保打底焊縫無內(nèi)凹、未熔合、夾鎢、焊瘤、背面氧化等超標(biāo)缺陷。3.5 手工焊條電弧焊。電弧焊推薦預(yù)熱溫度為200±10，推薦的層間溫度為200-300，管壁厚較小時(shí)，預(yù)熱與層間溫度可適當(dāng)降低，降幅不超過50。施焊前設(shè)計(jì)焊層和焊到布置及順序，水平固定焊時(shí)宜保留中間退火焊道。SMAW采用小線能量、多層多道焊，SMAW焊接推薦工藝參數(shù)見表4，單道焊縫

8、寬度一般不超過焊條直徑的3倍。表4 SMAW焊接推薦工藝參數(shù)每焊完一層（道）用角向磨光機(jī)或鋼鏨徹底清理焊縫上的藥皮熔渣及飛濺，特別是中間接頭、收弧位置、坡口邊緣、焊縫金屬與母材交界位置。嚴(yán)禁用熔化的方法清除前一道的焊接缺陷。每層施焊完和清理完畢后焊工目視自檢無裂紋等缺陷后再施焊下一層。焊接過程中隨時(shí)監(jiān)控焊接參數(shù)（包括層間溫度）、焊接質(zhì)量（起弧、收弧、接頭和焊縫于母材交界位置的焊縫質(zhì)量，焊層厚度，不同位置厚度的均勻性），注意兩人不得同時(shí)在一處收弧，應(yīng)將每層焊道接頭錯(cuò)開10mm-15mm，并用電流衰減法平滑收弧。焊接過程中應(yīng)注意防止保溫棉等異物落入焊縫。3.6 焊后熱處理。P92鋼在焊后應(yīng)冷卻到8

9、0100保溫23h，管徑和壁厚較小時(shí)，冷卻溫度和保溫時(shí)間可適當(dāng)降低。T92鋼焊縫焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理。焊后若不能按規(guī)定及時(shí)進(jìn)行高溫回火熱處理，應(yīng)進(jìn)行后熱處理，處理參數(shù)為300350，保溫2h。焊后高溫回火熱處理熱電偶的布置數(shù)量及位置與預(yù)熱時(shí)相同，電偶端部位于焊縫位置，焊后熱處理加熱寬度從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管子壁厚的3倍，且不小于60mm。在加熱器的外面包扎保溫材料以保證加熱效果，保溫寬度應(yīng)滿足DL/T819-1999要求，保溫厚度一般在40mm80mm。對(duì)水平管道，可以通過改變不同位置的保溫層厚度來減小管道溫差。焊后熱處理推薦溫度為760±10，按壁厚不同改變保溫時(shí)間，一般在4

10、6h。壁厚較小時(shí)保溫時(shí)間可在4h基礎(chǔ)上適當(dāng)降低，但不小于2h。外壁最低溫度升溫至規(guī)定溫度后至少保溫30min。熱處理升溫速率控制在80120；降溫速率控制100140，300以下冷卻不控溫、隨爐冷卻。T92鋼小口焊縫恒溫不小于1h。4 焊接質(zhì)量控制要點(diǎn)嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度，由于P92鋼焊接過程中采用小規(guī)范焊接，而且采用GTAW方法打底，焊縫金屬相對(duì)冷卻較快，焊前預(yù)熱和施焊過程中保持一定的層間溫度可以減緩焊接過程中焊縫的冷卻速度，防止淬硬組織的形成，同時(shí)降低拘束應(yīng)力，從而改善焊接接頭整體性能?？刂坪缚p中的含氫量，焊接過程中的氫主要來源于母材和焊接材料，選用超低氫焊條，焊條嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行烘

11、干、保管和使用，坡口區(qū)域嚴(yán)格清理，另外應(yīng)同時(shí)檢測(cè)并控制施焊環(huán)境濕度，從而嚴(yán)格控制焊縫的含氫量，防止氫致延遲裂紋的產(chǎn)生。降低焊接接頭應(yīng)力狀態(tài)，焊接缺陷會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，使應(yīng)力成倍增長(zhǎng)，進(jìn)而使冷裂紋傾向加大；拉伸拘束應(yīng)力是接頭產(chǎn)生冷裂紋的充分條件，拘束應(yīng)力增大，冷裂傾向加大，因此焊接過程中應(yīng)盡量減少直至避免焊接缺陷，同時(shí)注意避免強(qiáng)行對(duì)口，降低焊接接頭的應(yīng)力。焊接操作技術(shù)可以直接影響焊縫金屬組織的晶粒細(xì)化程度和韌性水平，這是因?yàn)槿鄢啬痰囊淮尉Я?huì)部分被隨后施焊的焊道細(xì)化，而起決定性的影響因素是焊道的幾何形狀，其中最重要的是焊道的厚寬比，焊道薄，顯微組織的再熱細(xì)化作用就明顯，焊縫金屬韌性就可以得到提高

12、。因此，提高焊工的操作水平、培養(yǎng)良好的操作習(xí)慣非常重要。5 焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)施焊完成后焊工應(yīng)按DL/T869-2004相關(guān)規(guī)定的要求對(duì)焊接接頭的外觀質(zhì)量進(jìn)行100%自檢。熱處理完畢待焊件冷卻至常溫后，應(yīng)對(duì)母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)每個(gè)位置進(jìn)行硬度測(cè)試，其平均值作為該區(qū)域的硬度值。要求焊縫硬度均值不低于母材硬度均值，各區(qū)域最高硬度不超過270HB，最低硬度不小于180HB。硬度檢驗(yàn)偏低時(shí)原則上應(yīng)割口重新焊接，硬度偏高且能斷定為回火不足造成的，應(yīng)重新進(jìn)行一次焊后高溫回火處理。無損探傷管道若開有探傷孔，按照DL/T821-2002做100%射線探傷，否則按DL/T820-2002做100%超聲波探傷。

13、6 結(jié)論工程中，管道的實(shí)際壁厚與評(píng)定壁厚的差別很大，如果不能很好的控制，焊層間累積的溫度將會(huì)很高，同時(shí)內(nèi)外壁溫差也會(huì)很大，造成焊縫沖擊韌性的下降。因此在工程焊接和熱處理中應(yīng)采取比工藝評(píng)定更嚴(yán)格的措施來保證P管道焊接質(zhì)量。為保證焊接質(zhì)量，焊接過程中的層間溫度控制除使用電腦溫控儀外，在施工現(xiàn)場(chǎng)還要同時(shí)使用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀或鉗形表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；管道安裝對(duì)口焊接所使用的鏈條葫蘆等工具，需待整個(gè)對(duì)口焊接和熱處理完畢后方可拆除，焊接熱處理完成前嚴(yán)禁向管道施加載荷，施工前應(yīng)對(duì)可能產(chǎn)生的碰撞等意外情況提前做好預(yù)防措施；焊接過程中，為避免焊條受潮，嚴(yán)格控制焊工手持焊條數(shù)量3根；保證加熱器的寬度、均溫區(qū)的寬度、保溫層

14、的寬度及厚度符合要求。5G位置的焊口在熱處理時(shí)，下部要適當(dāng)增加保溫層的厚度，減少環(huán)境對(duì)焊口上下部分處理偏差的影響。管道焊前適當(dāng)?shù)念A(yù)熱、施焊過程保持一定的層間溫度、較低的焊接熱輸入量、良好的焊接操作、充分的回火效應(yīng)、焊后熱處理溫度控制在760±10的更小范圍，恒溫時(shí)間需確保焊件內(nèi)外壁溫差不超過20，對(duì)SA-335P92焊縫性能有著非常重要的影響。參考文獻(xiàn):1中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè).北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2006.2英國(guó)曼徹特焊接材料公司.電力工業(yè)SA-335P92鋼焊接材料及工藝技術(shù)指南.3安徽電力建設(shè)第一工程公司焊接工藝評(píng)定.4趙建倉(cāng)，遲鳴聲等. P92鋼及其焊接材料冷裂紋敏感性研究.工業(yè)技術(shù).