百万千瓦机组HR3C焊接技术的应用

·110· 第30卷第8期 2009年8月 电 力 建设 ElectricPowerConstruction V01．30No．8 Aug，2009 百万千瓦机组HR3C焊接技术的应用 王培伟，靳学鹏 (天津电力建设公司，天津市，300041) [摘要]介绍宁海二期百万千瓦超超临界机组锅炉侧过热器及再热器管道的焊接。HR3C材质的焊接是首 次接触的新钢种焊接。以本工程焊接HR3C为实例，通过解决实践中遇到的各类问题、完善焊接工艺方法．以 及在施焊全过程进行严格的监督控制，获得了良好的焊接质量。 [关键词]超超临界机组；HR3C钢；焊接工艺；质量控制 中图分类号：TG142．7。TG441．3文献标志码：B文章编号：1000-7229(2009)08—0110-03 1工程概述 国华宁海电厂2xl000MW6号机组二期扩建 工程，锅炉三级过热器出13散管与管排焊口，材质为 TP310HCbN，规格为4)48．3mmxl0．16mill：二级再 热器管排与出13散管焊口，材质为TP310HCbN，规 格为咖57．2mmx4．23mm；共有1920道口。 2 HR3C钢及其焊接问题 2．1 HlbC钢的研究背景以及制造工艺 HR3C是日本住友金属命名的钢牌号。在日本 JIS标准中的材料牌号为SUS310JITB，在ASME标 准中的材料牌号为11P310NbN。HR3C钢是在TP310 基础上添加Nb、N改进的热强钢。材料经过真空感 应熔炼、锻造、冷轧和在1200℃保温30min的固溶 处理。由于HR3C在苛刻烟气、蒸汽环境下具有优异 的性能。并已经获得ASME规范CodeCase2115认 可，因此可作为超超临界机组锅炉的候选材料。 2．2 HIbC钢的主要性能和强化方式 HR3C持久强度高于TP347H、TP310和Alloy 800H，且组织稳定性也优于310钢，具有较高的高 温强度；具有较好的加工性和焊接性；由于其Cr含 量较高，HR3C的抗蒸汽氧化性和高温抗腐蚀性能 优于常规的18—8不锈钢，与具有相同Cr含量的 310钢性能类似。在650℃下煤灰腐蚀减量在10 mg／cm2以下(达到了ASME相应标准)，而且650cc、 500h的抗蒸汽氧化性能试验明，HR3C钢平均氧 化铁皮厚度在2．5trm以下。 (1)HR3C有高Cr、Ni和Nb、N含量，因此其耐 蚀性能、抗氧化性能大大优于SUPER304H。 (2)室温条件下HR3C强度高于SUPER304H， 塑性略低。 (3)许用应力，在650oC以上，HR3C低于SU． PER304H。 (4)焊接性能：热裂敏感性与TP347H相同，低 于SUPER304H。 通过对HR3C钢时效得到沉淀析出物进行分析 可知，沉积于晶间的主要是碳化物M23C6，而晶内 则是M23C6碳化物和NbCrN氮化物。NbCrN氮化 物非常细小．其长大速度相当慢．故而即使经长时间 的时效也相当稳定。固溶N和微细的NbCrN氮化物 强化了HR3C，使其具有优良的持久强度。 供货状态为固溶处理，经最终固溶处理(最低固 溶处理温度l100℃)后，金相组织为过饱和奥氏体 组织，晶粒度7级或更粗。化学成分见表1。 表1 HR3C钢的化学成分 ％ 元素 含量 0．05~0．0r7 O．9l—1．30 O．25加．50 O．003加．070 0．050加．018 24．00一27．00 19．oo一23．00 0．40-4)．60 O．19～O．29 2．3焊接HIBC钢的主要问题 焊接HR3C钢的主要问题是焊接高温裂纹、应 收稿日期：2009-03—27 作者简介：Ttg伟(1977--)，男，大学本科，工程师，从事火电发电厂焊接技术管理工作。 c‰吼P s口№№N 万方数据 第8期 百万千瓦机组HR3C焊接技术的应用 力腐蚀、接头的时效和or相脆化。 HR3C的裂纹敏感性略高于传统的TP347H 钢。随着Cr、Ni含量的提高，对C、S、P含量的限制 就越加严格。控制的含量水平也越低。通过选择杂质 含量低的焊材、采用降低焊接热输入和层间温度的 方法来防止裂纹。 Cr-Ni奥氏体钢最容易发生应力腐蚀的温度范 围是50～300℃，应防止发生应力腐蚀。尤其要防止 接头焊接以后到锅炉升温运行的这段时间发生的应 力腐蚀。焊后固溶处理和杜绝焊后及固溶处理后的 冷却变形可以防止发生应力腐蚀。 此钢本身的时效脆化倾向很大，不允许发生or 相脆化。选择和母材相近成分的材料或镍基合金材 料作为填充金属。可防止焊缝发生17"相脆化和不允 许的时效脆化。 2．4选用的焊材及焊接工艺参数 焊接方法采用全手工钨极氩弧焊(GTAW)。焊接 材料为焊丝YT—HR3C(咖2．4mm)，焊接方法为Ws， 采用直流正接，电压为8—12V，层温不高于100℃， 焊接工艺其他参数见表2。 表2 HR3C焊接工艺参数 2．5焊接质量问题及产生原因 经统计，现场首次焊接的3天内，焊道出现气 孔、未熔合、未焊透等缺陷。 未熔合和未焊透原因为：焊接时充氩保护采用 的是从焊缝充氩．这就导致在撤掉充氩后封底处出 现根部缺陷。为了使撤掉氩气后内部压力和纯度接 近充氩时的状态，现场采用增大保护气室空间的措 施．焊缝每侧保持在400mm以上的距离。另外，焊 速过快。过分强调焊接线能量的控制，忽略了对熔 合要求。导致焊道未熔合。 出现气孔原因：氩气进入现场经过抽检纯度均 达到99．99％的要求，排除了氩气的影响。要加强控 制合适的焊工手法和焊接线能量，焊接施工中挡雨 措施到位。 综上所述，YT—HR3C具有奥氏体类钢合金含 量较高、熔化金属流动性差等特点，因此，焊接这种 材料时，对焊接规范、焊工操作技能以及焊口组对 的要求就更高、更严格。 3焊接工艺的实施及改进 3．1焊接方法 采用手工钨极氩弧焊焊接。直流正接。 3．2焊接设备 使用奥太逆变焊机ZX7—400STG。 3．3坡口制备 坡口的形式为单“V”型、600。700，坡口角度为 300～35。(单边)，钝边0．5～1lllnl，间隙2．5—3．5into， 坡口如图1所示。 2．5-3．5 图1坡口示意图 3．4焊前练习 现场严格执行焊前练习、鉴定规定，合格后方可 上岗。焊前练习间设有模拟练习架。全部是模拟的实 际焊接位置。 3．5坡口清理 管口在组对前应对母材内外壁每侧10—15mm 范围内的油、水、漆、锈等清理干净，直到发出金属光 泽，尤其是外层氧化膜要打磨干净。焊工在焊接前要 对坡口进行检查、确认。 3．6层间温度 焊接过程中，要保证层间温度在100oC以内。小 径管在焊接过程中，焊口温度容易升高，因热量不易 散失，尤其是奥氏体不锈钢导热性较差，层间温度不 宜下降。同时HR3C的裂纹敏感性略高于传统的奥 氏体钢。可采用降低焊接热输入和层间温度的方法 来防止裂纹。因此需要采取尽可能快的焊接速度，选 择多道焊口连续焊接。层问温度降到100oC以下后， 进行下层焊接，可提高焊缝质量和焊接效率。焊接施 工现场配备红外线测温仪．对焊缝的层间温度进行 实际测量，取得了良好的效果。 3．7充氩保护 采用坡口处充氩的方法．点固前应当对焊口进 行充氩保护，焊口两侧采用可溶纸进行封堵(卷成漏 斗状)。氩气流量开始充时为15～20L／min，逐渐减 少。当氩气能对焊口部位保护好时进行点焊与打底。 万方数据 ·112· 电力建设 第30卷 3．8焊层设计 焊接时，根部焊缝不宜过厚和过薄，根层厚度控 制在2—3mm。盖面层控制在3—3．5mm范围内。 5．1 5．2 图2焊道层次图 3．9操作技术改进 (1)将铈钨棒锥度磨成15。，较尖的钨极电弧使 温度集中，有利于熔池形成和提高焊接速度．防止层 间温度过高。 (2)用工具将封底收口的冷端处加工成斜坡状， 可以有效防止未熔合。 (3)焊层不宜太厚，采用多层多道焊，以减少焊 缝的热输入量，从而降低层间温度，避免焊缝氧化。 (4)选用全氩焊接的方法，不仅焊缝外观美观， 更能保证焊口的内部质量。 (51由于安装焊口34根或23根l排，焊接时只 能逐根进行焊接，冷却层间温度的时间又较长，为了 严格控制，每个焊接处配红外线测温枪1把，保证层 间温度100℃以下再焊接次层。 4焊接质量 采用以上焊接工艺，三级过热器共816道焊口， 经射线检验，一次合格率达98．83％。二级再热器共 1 104道焊口，经射线检验，一次合格率达98．62％。 5结论 (1)焊接工艺的执行情况直接决定了焊接质量， 严格按照焊接工艺施工是保证焊接质量的前提。 (2)在施工前，应确定对焊接质量影响较大的因 素，把各种影响焊接质量的因素降到最低，可以提高 施工进度并且减少焊接缺陷，超前的策划是保证施 工进度和焊接质量的重要环节。 (3)充分利用焊接统计技术分析，针对缺陷制定 措施，稳定焊接质量水平，并为新钢种的焊接施工积 累经验。 6参考文献 ⋯I DI／r869--2004火力发电厂焊接技术规程【s】． 【2】火电施工质量检验及评定标准(焊接篇1996版)【s】． 【3】3 DL5007--1992电力建设施工及验收技术规范(火力发电厂焊 接篇)【S】． 【4】SD340—1989火力发电厂锅炉、压力容器焊接工艺评定规程 【S】． 【5】A．Iseda,H．，OkraH．，$embaM．，Igarashi．超超临界锅炉用钢 SUPER304H、TP347HFG和HR3C长期蠕变特性和微观组织研 究Ⅲ．张学星。译．东方锅炉，2009(1)． 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obtainedthroughsolvingvariousproblemsinpracticeandperfectingweldingprocedures。aswella8executingstrictsupervisedcontroloverthewhole weldingprocess． [Keywords]USCunit；HR3Csteel；weldingtechnology；qualitycontrol (责任编辑：马明) 万方数据 百万千瓦机组HR3C焊接技术的应用 作者： 王培伟， 靳学鹏 作者单位： 天津电力建设公司,天津市,300041 刊名： 电力建设 英文刊名： ELECTRIC POWER CONSTRUCTION 年，卷(期)： 2009,30(8) 被引用次数： 1次 参考文献(26条) 1.冷祯皋 循环流化床锅炉主蒸汽连通管的焊接工艺[期刊论文]-电力建设 2004(07) 2.DL/T869--2004火力发电厂焊接技术规程[S]. 3.武英利;郭军;徐德录 T91钢与钢102异种钢焊接工艺研究[期刊论文]-电力建设 2002(07) 4.火电施工质量检验及评定标准(焊接篇1996版)[S]. 5.De-liang;Ren Fu-ren;Xiao Peng Effects of welding wire composition and welding process on the weld metal toughness of submerged arc welded pipeline steel 2009(01) 6.DL 5007-1992电力建设施工及验收技术规范(火力发电厂焊接篇)[S]. 7.于滨英 高温高强度高耐腐蚀性能的新型锅炉钢管HR3C特性 1992(05) 8.SD 340--1989火力发电厂锅炉、压力容器焊接工艺评定规程[S]. 9.韩肇俊 关于超临界机组锅炉用钢的选材意见及对新型耐热钢的介绍 2004(03) 10.A.Iseda,H.,Okada H.,Semba M.,Igarashi.超超临界锅炉用钢SUPER304H、TP347HFG和HR3C长期蠕变特性和微观 组织研究[J].张学星,译.东方锅炉,2009(1). 11.杨富;章应霖;任永宁 新型耐热钢焊接 2007 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