1000MW超超临界燃煤发电机组
发布时间： 2022-12-28 点击:6140次
1000MW超超临界燃煤发电机组
P92钢超厚壁管焊接工艺研究
目 录
1. 概述
2. P92钢的焊接性
3. P92钢超厚壁管焊接工艺
4. P92钢焊接工艺评定要求
5. P92钢焊接及热处理工艺工艺流程
6. P92钢焊接工艺评定实施
7. 恒温温度显示分析
8. 焊后质量检验及试验
9. 附录
1 概述
本次介绍的1000MW超超临界燃煤发电机组。锅炉采用上海锅炉厂有限责任公司生产的1000MW燃煤锅炉为超超临界参数直流塔式炉，锅炉出口蒸汽参数温度为605/603℃，压力不大于28.00MPa(a)，对应汽机的入口参数27.0MPa(a)/600/600℃；汽机侧主蒸汽管道从过热器出口集箱的两侧接出四根，两两汇合成两根主蒸汽管道，两路主蒸汽管道在汽轮机机头接入主汽门，主蒸汽管道材质为P92钢，其中主管道规格为φ531×91mm，分管道规格为φ380×66mm。
P92钢是在P91钢中添加钨（1.7%W）和降低钼（0.5%Mo）而开发的新钢种，适用于蒸汽温度在580～620℃的超超临界机组厚壁部件材料，已在国内多个电厂中得到了应用，焊接工艺已基本成熟。在多个P92管道施工的基础上，国电焊接信息网2007年过3月在南京出台了《T/P92钢焊接指导性工艺》初稿。但随着P92钢管道壁厚的增加，主蒸汽管道由75mm增至91mm以上，焊接质量要求高与接热处理工艺相对落后的矛盾已趋明显，采用先进的设备和工艺已成了关键。
2 P92钢的焊接性
T/P92钢的标准化学成分和机械性能列入表1和表2。P92钢是在P91钢中添加钨（1.7%W）和降低钼（0.5%Mo）而开发的新钢种，因为钨可以显著提高钢材的高温蠕变断裂强度，P92钢工作温度比P91钢工作温度高，可以达到630℃。但是，钢中过量添加钨会促进δ—铁素体的形成，降低冲击韧性和蠕变断裂温度。
表1 P92钢的化学成分
化学成分 | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | V | W | Nb | N | B |
P92下限 | 0.07 | / | 0.30 | 8.5 | / | 0.30 | 0.15 | 1.5 | 0.04 | 0.03 | 0.001 |
P92上限 | 0.13 | 0.5 | 0.30 | 9.5 | 0.4 | 0.30 | 0.25 | 2.0 | 0.09 | 0.07 | 0.006 |
表2 P92钢的机械性能
钢 材 | 屈服强度 | 抗拉强度 | 延伸率 | 标准 |
MPa | MPa | % | Akv（J） | |
P92 | 450 | 620 | 20 | 41 |
3 P92钢超厚壁管焊接工艺
焊接母材：φ531×91mm，实测为φn531×93mm。
焊接材料：焊丝MTS616 φ2.4 mm；焊条MTS616 φ2.5 mm、φ3.2 mm。
焊接工艺：GTAW+SMAW。
坡口型式：双V型对接，坡口示意图见右上图1。
焊接工艺参数：详见下表3。
表3 焊接工艺参数表
焊层（道） | 焊接方法 | 焊材规格 | 极性 | 焊接电流（A） | 焊接电压（V） | 焊接速度(mm/min) |
1 | GTAW | MTS616 | 正接 | 75-125 | 10-14 | 35-60 |
2（2） | SMAW | MTS616 | 反接 | 90-125 | 10-14 | 50-100 |
3-4（2） | SMAW | MTS616 | 反接 | 70-105 | 22-27 | 90-200 |
5~ | SMAW | MTS616 | 反接 | 90-130 | 23-28 | 90-200 |
4 P92钢焊接工艺评定要求
焊接线能量不大于2000J/mm。
预热温度：GTAW为100℃～200℃、SMAW为200℃～250℃。
层间温度：150-250℃。
热处理温差：≤20℃。
拉伸试验：σb≥620Mpa。
冲击试验：Akv J/cm2。
5 P92钢焊接及热处理工艺工艺流程
焊接坡口PT检验→#2、#4热电偶布置→对口、塞块焊接→预热热电偶、加热器布置→气室制作→氩弧焊前预热→氩弧焊打底→第二层氩弧焊焊接→电弧焊预热升温→电弧焊中间层焊接→焊接中间停顿消氢处理（根据施工情况）→盖面焊接→热电偶布置及热处理挷扎→焊后热处理→RT、UT及硬度检验→试件制备→试验→出具报告。
6 P92钢焊接工艺评定实施
6.1焊接准备工作
6.1.1 母材、焊材质量保证书检查确认，材料满足工艺评定使用要求。焊条按标准进行烘干、保温贮存。
6.1.2焊前清理：用角向磨光机等对坡口及其内外两侧各15~20mm范围内打磨干净，清除水、锈、漆及污垢等脏物，并露出金属光泽。坡口进行PT检查合格。
6.1.3 气室堵板制作完成。
6.1.4 焊机、热处理机调试完成；远红外测温仪、焊接检验尺、氩气表等计量合格。
6.1.5 焊接坡口尺寸测量检查完成。
6.1.6焊接环境要求：焊接时搭设防风防雨棚，并保证焊接地点光线充足，比如采用碘钨灯驱湿、提高环境温度,经实测焊接区温度为14-18℃、相对湿度为65-78%。
6.2 焊接对口
焊接对口塞块形状为锲形，材料采用低碳钢，在表面用MTS616焊条进行堆焊，堆焊厚度不小于4mm，塞块数量为4块，具体布置见下图2图3。
焊后热处理温度控制见右图1，分成二个阶段。
塞块茎 |
图2 图3
6.3 气室制作
二端气室采用薄钢板，上端开出气孔，不端开进行孔，坡口部门采用高压铝铂胶带封堵，焊接时撕一段焊一段，当φ2.5mm焊条焊接完毕可除去气室。
6.4 预热、层间温度控制
焊前预热、层间温度控制、后热处理时加热选用远红外热处理机，上下各二片履带加热器，热电偶布置位置为上下6点、12点各2支，距离坡口边缘25mm，同时要保证热电偶测温点不得裸露。
预热温度及层间温度的测定，宜选用便携式测温仪器，接触式测温仪或远红处测温仪。测温方法：预热温度在坡口内测量；层间温度在起焊点前50mm处测量。
6.5 氩弧焊焊接
6.5.1 氩弧焊焊接时预热温度控制在100-150℃，层间温度控制在150-250℃。
6.5.2 焊前进行背部充氩保护，室内氩气纯度用打火机进行测试。
6.5.3 采用带高频引弧功能的焊机进行氩弧焊的焊接。
6.5.4 氩弧焊焊二层，第二层开绐分道，所的焊接接头再次焊接前必须进行打磨。
6.5.5 氩弧焊打底的焊层厚度控制在2.8～3.2mm范围内,经测量二层找底厚度为4.5-5mm。
6.6 后热处理
后热处理是当焊接接头中间停顿时，应于焊后立即做加热温度为350℃，恒温时间为2小时的热处理。
在手工电弧焊焊接过程中,我们设置了二次焊接停顿进行后热处理,后热处理完成后立即降至预热温度并进行恒温。
6.7 中间层和盖面焊接
6.7.1 电弧焊焊接时预热温度控制在200-210℃，层间温度控制在200-250℃。
6.7.2 采用多层多道焊，焊道的厚度不得超过一个焊条(焊丝)直径；焊条的摆动宽度不得超过焊条直径的3倍。
6.7.3 施焊中注意焊道间的交错和结合，避免出现"死角"，并保持焊道平整。三道焊缝以上焊层的焊缝中间以有一"退火焊道"为宜，以利于改善焊缝金属组织和性能，焊缝表面层必须有"退火焊道"。焊道布置见图4。
6.7.4 加强层间清理，所有焊接接头在再次焊接前必须进行打磨。
6.8 热电偶布置
热电偶固定采用专用焊偶仪进行点焊，消除了热电偶与管件之间的温差，热电偶布置见右图5。总数量为10支（不包括热坝），其中二支为备用，为#1点和#4点。
管子表面热电偶有#1、#3、#5、#6、#7、#8，其中#6、#7、#8为等效温度点（S为一倍管壁厚度）；内部热电偶有#2、#4，布置在离钝边8～10mm，在对口前点焊完毕。
6.9 热坝、感应加热电缆布置
Preheat35热处理机在对P92钢焊后热处理时当温度升至730℃左右时温度将无法继续上升，存在着热坝现象。改进后的Preheat35热处理机目前是通过采用2×10KW二根绳状加热器来克服热坝现象，热坝热电偶需单独布置。开始时，绳状加热器捆扎在二侧（图6），但经过实践发现捆扎在焊缝二侧效果会更好（图7）。
热坝加热器绑扎完成后，然后进行保温棉和感应加热电缆的布置（图8），保温棉宽度为600 mm，感应加热电缆宽度为450 mm（15圈）。为了防止加热器在加热过程中脱落，因此在二端用保温棉进行包扎固定。
图6 图7 图8
6.10 焊后热处理工艺
降温速度65℃/h |
图1 焊后热处理曲线图 |
80-100℃ |
750-770℃ |
时间 |
升温速度65℃/h |
温度 |
第一阶段是焊接接头完成后冷却至80℃～100℃，
保持2小时后的完全马氏体化热处理；第二阶段是
恒温750-770℃的焊后热处理。
恒温温度：750-770℃；
恒温时间：7小时；
升降温速度：65℃/h。
7 恒温温度显示分析
检测用热电偶共有8支，恒温时热电偶温度显示见下表2。由表数据显示焊缝内外壁温差为9-10℃，外壁上下温差为9℃，最大温差为20℃；由#6、#7、#8热电偶温度可知，等效点无规律。
表4 热电偶温度显示记录表
热电偶编号 | #1 | #2 | #3 | #4 | #5 | #6 | #7 | #8 |
温度(℃) | 770 | 761 | 765 | 750 | 761 | 761 | 704 | 660 |
8、焊后质量检验及试验
8.1 外观检验
焊缝符合DL/T869-2004《电力建设施工及验收技术规范》标准，表面无裂纹、夹渣、气孔、未熔合等缺陷，咬边深度≤0.5mm且长度不大于焊缝全长的10%，且不大于40mm，焊缝边缘与母材金属过渡圆滑。
8.2无损检验
焊缝经X射线探伤检查，射线用DL/T821-2002《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》评定，Ⅱ级以上为合格。
8.3机械性能试验按DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》规定进行取样和试验。
8.3.1拉伸试验：
试样数量为2组，每组3片（分层取样），要求室温下焊缝材料抗拉强度σb≥620MPa。
8.3.2弯曲试验：
侧弯试样数量4片，弯曲角度180°，弯轴直径D=4t（t为试样厚度），要求试样弯曲到规定角度后，每片拉伸面上在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm的开裂缺陷。
8.3.3 硬度检查：
母材硬度HB值≤250；焊缝及其热影响区的HB值≤300。
8.3.4 宏观、微观金相检查：
焊缝及其熔合区宏观金相检查无裂纹、未熔合、未焊透及组织疏松等缺陷，微观检查无裂纹、过烧组织，组织特征为回火索氏体+少量马氏体。
8.3.5 冲击韧性
冲击韧性按V型缺口，标准试样尺寸55×10×10，要求冲击功≥41J/cm2
超厚壁P92钢管焊接方案补充
一、 P92焊接工艺评定流程
焊接坡口PT检验→#4热电偶布置→对口、塞块焊接→预热热电偶加热器布置→氩弧焊打底→第二层氩弧焊焊接→预热升温→电弧中间层焊接→焊接中间停顿消氢处理，消氢完成后保持焊接预热温度→盖面焊接→热电偶布置及热处理挷扎→焊后热处理→RT、UT及硬度检验→试件制备→试验→出具报告。
二、 焊道布置
氩弧焊焊二层，Φ2.5mm焊条焊二层，其余采用Φ3.2mm焊条焊接。
三、 热处理工艺选择
1）焊接预热、层间温度控制及消氢热处理设备采用远红外热处理机，焊后热处理设备采用Preheat35中频热处理机。
2）预热温度及层间温度的测定，宜选用便携式测温仪器，接触式测温仪或远红处测温仪。测温方法：预热温度在坡口内测量；层间温度在起焊点前50mm处测量。
3）GTAW预热温度控制在100℃～150℃，SMAW预热温度控制在200℃～210℃。
4）消氢热处理：当焊接接头中间停顿时，应于焊后立即做加热温度为350℃，恒温时间为2小时的后热处理。
四、 焊接工艺要求
1）采用带高频引弧功能的焊机进行氩弧焊的焊接。
2）采用同种材料制作塞块，也可以在其它低碳钢材料上堆焊P92焊材，但厚度不小于4mm，塞块点焊见下图1，数量根据需要。
3）采用多层多道焊，氩弧焊打底的焊层厚度控制在2.8～3.2mm范围内,焊道的厚度不得超过一个焊条(焊丝)直径；焊条的摆动宽度不得超过焊条直径的3倍。
4）施焊中注意焊道间的交错和结合，避免出现"死角"，并保持焊道平整。三道焊缝以上焊层的焊缝中间以有一"退火焊道"为宜，以利于改善焊缝金属组织和性能，焊缝表面层必须有"退火焊道"。焊道布置见图2。
图2 焊道布置图
五、 热电偶布置
1） 热电偶布置详见图3。
2） 热电偶总数量为10支，其中二支为备用，为#1点和#4点。
3） 管子表面热电偶有#1、#3、#5、#6、#7、#8，其中#6、#7、#8为等效温度点（S为一倍管壁厚度）；内部热电偶有#2、#4，布置在离钝边8～10mm。
图纸记录点为#1、#3、#4和#5热电偶，其它热电偶为监控点。
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