超超臨界機(jī)組主蒸汽管道P122鋼的焊接工藝控制

1、.超超臨界機(jī)組主蒸汽管道P122鋼的焊接工藝控制劉萬舉,焦林生,Y-4,迎(1.陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司,陜西榆林719319;2.陜西電力科學(xué)研究院,陜西西安710054)O引言1000MW超超I臨界機(jī)組是目前國內(nèi)單機(jī)容量最大,運(yùn)行參數(shù)最高的燃煤發(fā)電機(jī)組,其主蒸汽壓力為27.56MPa.主蒸汽溫度為605qC.為了滿足高溫高壓蒸汽的要求,鍋爐末級(jí)過熱器出口集箱及與主蒸汽管道之間的導(dǎo)汽管選用了P122鋼.規(guī)格為D349x102mm.這種鋼具有較高的熱穩(wěn)定性,但是可焊性較差,如果采取的焊接工藝不佳.則很容易產(chǎn)生裂紋.尤其是當(dāng)機(jī)組運(yùn)行100000h以后較易產(chǎn)生微裂紋.因此,必須嚴(yán)格控制焊接工藝

2、,才能保證其焊接接頭的使用性能,才能保證機(jī)組的安全運(yùn)行.1P122鋼的性能特點(diǎn)P122鋼是在X20CrMoV121(F12)鋼的基礎(chǔ)上開發(fā)出的第3代新型鐵素體耐熱鋼.通過添3132%的W,0.07%Nb和1%Cu,增強(qiáng)了P122鋼的固溶強(qiáng)化,彌散強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的效果,其綜合性能有了相當(dāng)大的改進(jìn):許用應(yīng)力在590650qC溫度范圍內(nèi)與TP347H奧氏體鋼相當(dāng);耐腐蝕性能明顯高于9%Cr的鐵素體鋼;高溫蠕變斷裂強(qiáng)度LP91鋼高約25%30%;加入cu元素抑制了鐵素體的形成.使鐵素體的含量不超過5%;鉻含量不大于9%.使材料具有良好的韌性.P122鋼經(jīng)過了正火及回火處理,其顯微組織為鐵素體+回火馬氏

3、體,是國內(nèi)火力發(fā)電廠首次應(yīng)用的一種新鋼種與P92和E911相比,P122鋼用于超超I臨界機(jī)組,具有更高的抗蒸汽氧化性能,抗高溫腐蝕性能以及較穩(wěn)定的高溫強(qiáng)度.主蒸汽延伸段和末級(jí)過熱器集箱使用P122鋼可以減薄其設(shè)計(jì)壁厚,降低整體重量.降低成本.減小施工難度.減小管子內(nèi)壁發(fā)生應(yīng)力腐蝕或晶問腐蝕的機(jī)率.P122鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1,表2,其對(duì)焊接接頭的性能要求見表3.表1P122鋼的化學(xué)成分【%化學(xué)成分CSiMnPSNiCr含量%<0.50<0.70020<0.0l0<0.50l2.0,0500抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa延伸率/%

4、平均硬度/HB65529620250表3P122鋼對(duì)焊接接頭的,I生能要求2P122鋼的焊接工藝控制P122鋼除了經(jīng)過固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化外,主要收稿日期:20071112作者簡介:劉萬舉(1971一),男,黑龍江德都人,工程師,畢業(yè)于鄭州工學(xué)院材料與科學(xué)系焊接工藝與設(shè)備專業(yè),從事金屬焊接管理及質(zhì)量管理工作.者工.1盤舵ll一I=P一1_口)了r,一Dn,Dr,)口)=Dti)通過微合金化,控制形變熱處理及空冷獲得了高密度位錯(cuò)和高度細(xì)化的晶粒,從而使該鋼在進(jìn)一步強(qiáng)化的同時(shí)其韌性也得到了顯著提高.由于焊接過程的冷卻速度,晶粒及組織的變化無法與鋼材加工的精細(xì)程度相比,致使焊縫的性能比母材差,常溫沖擊

5、韌性低,焊接時(shí)其突出問題是焊縫性能劣化和焊縫熱影響區(qū)性能的劣化.如不采取正確合理的焊接工藝,很容易產(chǎn)生焊接冷裂紋,焊縫韌性低,熱影響區(qū)軟化及型裂紋,熱裂紋和再熱裂紋.為了保證焊接接頭具有良好的使用性能,在對(duì)P122鋼的現(xiàn)場焊接過程中,通過對(duì)焊接工藝,焊后熱處理工藝和操作手法的嚴(yán)格控制,保證了焊縫質(zhì)量,焊縫的化學(xué)成分和顯微組織均符合標(biāo)準(zhǔn)要求.P122鋼的焊接工藝控制包括以下幾方面.2.1焊接方法焊接操作對(duì)焊縫金屬組織狀態(tài)及晶粒度大小有較大的影響.焊接時(shí)由兩人對(duì)稱焊接,焊接電流,焊接速度保持一致,焊接過程中控制薄層多道焊的碼放及焊層厚度和寬度,建立"小線能量,快速連弧,小擺幅,薄焊層,多

6、層多道"的焊接手法,使后一層焊縫對(duì)前一層焊縫產(chǎn)生回火效應(yīng),從而可以改善優(yōu)化P122鋼焊縫和焊縫熱影響區(qū)的性能.對(duì)于水平固定鋼管蓋面層的焊道,至少需焊5道焊縫,中間應(yīng)有一道"退火焊道",以改善焊縫的金屬組織和性能.2.2焊接材料的選用根據(jù)母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能特點(diǎn),選擇沖擊韌性高,性能優(yōu)良,易操作的焊接材料TGS一12CRS/CR一12S.焊縫金屬化學(xué)成分應(yīng)與所焊接的母材基本一致,焊縫金屬的組織與母材相當(dāng).表4示出的是P122鋼GTAW和SMAW焊接用填充金屬的化學(xué)成分表4P122鋼GTAWnSMAW焊接用填充金屬的化學(xué)成分wt%焊接方法csiMnPSCuNiGT

7、AW0.090.320.490.0100.0021.441.13SMAW0.090.220.790.0060.0021.490.93焊接方法crMowvNbN(AW10.160.291.650.210.050.05SMAW10.130.191.410.190.030.0542.3預(yù)熱措施合適的預(yù)熱溫度對(duì)于減少焊縫冷裂紋,改善焊縫韌性和焊縫熱影響區(qū)性能的劣化很重要.P122鋼的氬弧焊預(yù)熱溫度和手工電弧焊預(yù)熱溫度分別為150200oC和200250.所采用的預(yù)熱方法為電加熱,預(yù)熱前用儲(chǔ)能焊機(jī)仔細(xì)點(diǎn)焊熱電偶并檢查其是否牢固.認(rèn)真綁扎加熱器和保溫棉,加熱片和保溫棉的寬度必須滿足要求.為了嚴(yán)格控制預(yù)熱溫

8、度,采用現(xiàn)場測溫的方法,熱電偶測定的溫度僅作為升溫的依據(jù).當(dāng)溫度升至設(shè)定溫度時(shí),熱處理人員用遠(yuǎn)紅外測溫儀沿著坡I51的根部均勻測量(測4個(gè)點(diǎn))并做好記錄,圖1為熱處理人員使用遠(yuǎn)紅外測溫儀進(jìn)行現(xiàn)場預(yù)熱溫度檢查.熱電偶的布置,加熱器和保溫棉綁扎工作在技術(shù)負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)監(jiān)督下完成.熱電偶數(shù)量不少于2個(gè),且對(duì)稱分布于坡口兩J2535mm處.加熱器長度應(yīng)達(dá)到要求,保溫材料覆蓋整個(gè)加熱器,并空出焊縫部位.水平管焊縫的保溫材料下部厚一點(diǎn),上部薄一點(diǎn),以便溫度均勻.圖1遠(yuǎn)紅外測溫儀現(xiàn)場測溫2.4充氬氣保護(hù)為防止P122鋼根層焊縫金屬氧化,氬弧焊打底及填充第一層焊道時(shí),在管子內(nèi)壁充氬氣保護(hù),對(duì)I51間隙用耐高溫膠

9、帶粘貼.內(nèi)充氬氣方法如下:(1)充氬保護(hù)范圍以坡口中心為準(zhǔn),對(duì)I51前在每側(cè)各1000mm內(nèi)貼上34層可溶紙,用耐高溫膠帶粘牢,做成密封氣室,進(jìn)行層層保護(hù).確保可溶紙粘牢,然后用耐高溫膠帶紙沿著管徑由下往上把坡口問隙粘起來,在接頭處留下一個(gè)小孔以便排空氣,待密封氣室內(nèi)的空氣排凈后方可施焊.采用打火機(jī)或點(diǎn)燃小紙條的方法檢查排氣孔,如果火焰立即熄滅,表明空氣排凈,可以進(jìn)行施焊,否則繼續(xù)等待直至空氣排凈.(2)充氬時(shí),把充氬軟管的端部從焊縫坡El處塞人管道內(nèi)進(jìn)行充氬,焊縫坡El除留的排氣孔外都用耐高溫膠帶或者巖棉封嚴(yán).開始的充氬流量可為1020Umin,在氬弧焊施焊開始后,流量應(yīng)保持在810Umin

10、.在氬弧焊打底過程中,應(yīng)經(jīng)常檢查氣室中氬氣的充滿程度,隨時(shí)調(diào)節(jié)充氬流量.即氬弧焊封1_ohn|cIEXchang弦pp荸j一技術(shù)交流與應(yīng)用口時(shí),應(yīng)減小氬氣流量.具體流量在實(shí)際施工中進(jìn)行調(diào)節(jié).2.5焊接線能量的控制如果焊接線能量大.焊縫金屬在高溫(1100以上)停留時(shí)間長,晶粒長大變脆,會(huì)導(dǎo)致焊縫韌性降低,焊接熱影響區(qū)軟化乃至產(chǎn)生型裂紋.因此在P122鋼焊接時(shí)應(yīng)盡可能采用小線能量以減少碳化物的析出量和鐵素體含量.防止馬氏體晶粒長大.從而提高焊縫的沖擊韌性.從實(shí)踐中得出,P122鋼的焊接線能量最好小于16kJ/cm.焊層厚度和焊縫寬度是焊接線能量的直觀反應(yīng),焊接過程中.由專人進(jìn)行旁站監(jiān)督.每焊完一

11、道后對(duì)焊縫厚度和寬度進(jìn)行測量.嚴(yán)格控制焊層厚度在2.52.8nlln,焊縫寬度在710mm.使后焊道對(duì)前焊道產(chǎn)生回火效應(yīng).通過嚴(yán)格控制焊層厚度和焊縫寬度來減小焊接熱輸入量.提高焊縫韌性.2.6焊接速度由焊接線能量公式E=6OIU/V(公式中,為焊接電流,勸焊接電壓,為焊接速度)可以看出,當(dāng),固定時(shí).提高焊接速度,減少焊層厚度和焊縫寬度,可以降低線能量.在現(xiàn)場焊接中,在保證焊縫熔合良好的情況下.通過提高焊接速度.從而減小熔池體積,降低熔池溫度來減小一次結(jié)晶的晶粒尺寸.2.7層間溫度的控制過高的層問溫度對(duì)防止冷裂紋沒有意義.而且還會(huì)因在焊接熱循環(huán)的共同作用下.使焊縫金屬在高溫(1100以上)停留時(shí)

12、間長,晶粒長大變脆,致使焊縫金屬韌性降低.P122鋼的層問溫度為200250.焊接過程中用遠(yuǎn)紅外測溫儀現(xiàn)場測溫并做好記錄,焊接工程師監(jiān)督檢查.一旦有超溫傾向,立刻停焊,等緩冷到250以下后再進(jìn)行焊接:如果溫度低于200,則采取升溫措施.溫度升至200以上再進(jìn)行焊接.2.8層間清理P122焊條的藥皮薄,鐵水黏,焊接時(shí)層間打磨尤為重要.每焊完一層后都應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)打磨,直到焊縫表面露出金屬光澤.打磨清除了焊渣,飛濺,同時(shí)清除鐵水凝固時(shí)浮到表層的氫,硫,磷等雜質(zhì)以及細(xì)小的熔渣.超聲波檢測證明,打磨對(duì)減小缺陷很有效.所以實(shí)際操作中執(zhí)行層問打磨清理工藝,可以明顯提高焊縫的內(nèi)部質(zhì)量.2.9熱處理溫度及恒溫時(shí)間

13、的控制P122鋼焊縫的硬度在180250HB之間時(shí)能保證焊縫的使用性能.這對(duì)熱處理提出了很高的要求:P122鋼的焊后熱處理恒溫溫度為740755.在恒溫過程中的最大溫差不得超過15.恒溫時(shí)間8h.在管道熱處理時(shí),管子內(nèi)部不得有穿堂風(fēng).外部臨時(shí)固定裝置不允許拆除.配備獨(dú)立的備用電源.保證焊接過程中或熱處理過程中發(fā)生異常情況斷電時(shí).能夠啟用獨(dú)立的備用電源.贈(zèng)時(shí)間圖2P122鋼焊接,熱處理溫度曲線3施工要求(1)工器具準(zhǔn)備齊全,儀表儀器經(jīng)計(jì)量檢驗(yàn)合格且在有效期.(2)施焊區(qū)域設(shè)防風(fēng),防雨保溫棚,不得進(jìn)風(fēng)漏雨.(3)焊材入庫時(shí)必須認(rèn)真檢查質(zhì)量保證書,批號(hào),數(shù)量,合金成分以及力學(xué)性能等,并進(jìn)行光譜抽查驗(yàn)

14、收,嚴(yán)禁不合格的焊材入庫.焊接材料使用前應(yīng)要求進(jìn)行烘焙,施焊時(shí).焊條應(yīng)放人80120的便攜式保溫筒內(nèi),隨用隨取,并及時(shí)蓋上保溫筒蓋.4結(jié)語P122鋼是目前國內(nèi)火電施工建設(shè)中首次應(yīng)用的新鋼種.因此.在本次對(duì)1000MW超超臨界機(jī)組主蒸汽管道進(jìn)行現(xiàn)場焊接前.從工藝,人員,設(shè)備到環(huán)境上,都做了充分的準(zhǔn)備,在焊接過程中,通過嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度,層間溫度以及每層的焊縫寬度,厚度.避免了焊接裂紋的產(chǎn)生,改善了焊縫韌性,減小了熱影響區(qū)軟化及型裂紋.層間打磨出金屬光澤.有效地減少了焊接缺陷的產(chǎn)生,改善了焊縫內(nèi)部質(zhì)量.焊后采用分區(qū)加熱,嚴(yán)格控制馬氏體低溫轉(zhuǎn)變時(shí)間,熱處理溫度以及恒溫時(shí)間等熱處理工藝,得到良好的微觀

15、組織:焊縫硬度在195235HB之間,符合華能頒發(fā)的<<-re能電廠P91,P92鋼焊接質(zhì)量檢驗(yàn)導(dǎo)則優(yōu)良要求;焊縫成型優(yōu)良,超聲波探傷檢驗(yàn)內(nèi)部質(zhì)量合格.(責(zé)任編輯韓小寧)芰在吾立丑一_生n;.,誓_II_墨WeldingTechnologyControlofP122SteelinMainSteamPipingofUltraSupercriticalUnitsLIUWan-ju,JIAOLinsheng,WANGXiaoying(1.ShaanxiGuohuaJinjieEnergyCo.,Ltd.,Yulin719319,China;2.ShaanxiE1ectri

16、cPowerResearchInstitute.Xi'an710054,China)Abstract:P122steelhashighthermalstability,canmeettherequirementsofhightemperatureandhighpressuresteamfor1000MWultrasupereritiealunits,buthaspoorweldability.ThecontrolmethodsofweldingtechnologyforP122steelinmainsteampipingofultrasupereritiealunitsareintro

17、duced.Thepracticehasverifiedthatweldingqualityreachesrequirementswhenthefirstwelding,weldmetalcompositionandmierostrueturemeasureduptothestandard,bystrictlycontrolforpostweldingheattreatmentprocessandoperationtechnique.Keywords:ultrasupercritiealunits;P122steel;technology;control陜西電網(wǎng)EM5/wAM5一休化系統(tǒng),調(diào)度

18、綜合管理系統(tǒng)順利通過技驗(yàn)收2008年3月6日,陜西電網(wǎng)電能量/電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(EMS/WAMS)-體化系統(tǒng)項(xiàng)目和陜西電網(wǎng)調(diào)度綜合管理系統(tǒng)項(xiàng)目順利通過技術(shù)驗(yàn)收.驗(yàn)收委員會(huì)由國家電力調(diào)度中心,西北電力調(diào)度通信中心的領(lǐng)導(dǎo)以及中國電力科學(xué)研究院,西安交通大學(xué),兄弟省電力公司的專家組成.陜西省公司何曉英總工程師出席了會(huì)議.驗(yàn)收委員會(huì)聽取了項(xiàng)目組所作的研制報(bào)告,技術(shù)報(bào)告,測試報(bào)告,用戶報(bào)告以及查新報(bào)告,并進(jìn)行了應(yīng)用現(xiàn)場的檢查演示.經(jīng)過嚴(yán)格認(rèn)真的審查討論,一致認(rèn)為陜西電網(wǎng)EMS/WAMS系統(tǒng)與陜西電網(wǎng)調(diào)度綜合管理系統(tǒng)整體功能完善,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理,整體處于國內(nèi)先進(jìn)水平,其中EMS,WAMS備調(diào)EMS系統(tǒng)三位一

19、體化集成技術(shù)和調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)(PSIDP)與調(diào)度管理信息系統(tǒng)(0Ms)一體化,IEC61970CIM/XML模型的合并,拆分及交換技術(shù)均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,滿足陜西電網(wǎng)科學(xué)調(diào)度的要求,為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行打好基礎(chǔ),以上兩個(gè)項(xiàng)目均通過技術(shù)驗(yàn)收.專家們充分肯定了陜西電力調(diào)度中心近年來在調(diào)度自動(dòng)化新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用方面取得的成績.相信隨著新系統(tǒng)的不斷深化應(yīng)用,將進(jìn)一步提高陜西電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理的精細(xì)化和科學(xué)化,切實(shí)增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行控制能力,使調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)裝備水平,電網(wǎng)調(diào)度管理水平邁上新臺(tái)階,為陜西數(shù)字電力這一信息化戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮重要作用.陜西電網(wǎng)電能量管理/電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(EMS/WAMS)-體化系統(tǒng)由省公司與南瑞科技合作建設(shè),于2005年10月啟動(dòng),2006年7月通過出廠驗(yàn)收.自2007年1月系統(tǒng)投入試運(yùn)行以來,一直保持穩(wěn)定運(yùn)行,為陜西電網(wǎng)安全,穩(wěn)定,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了巨大的作用.該系統(tǒng)首次在網(wǎng),省調(diào)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用惠普安騰服務(wù)器,并首次將EMS/WAMS系統(tǒng)進(jìn)行一體化集成,通過三態(tài)數(shù)據(jù)的整合,提供涵蓋電網(wǎng)穩(wěn)態(tài),動(dòng)態(tài),暫態(tài)的全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視及預(yù)警功能.主備調(diào)系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)也是該