SUPER304H、HR3C在禹州電廠二期的應(yīng)用(河南 許昌龍崗).doc

SUPER304H、HR3C在禹州電廠二期的應(yīng)用郭世豪 牛占賓 任慶昌（許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司 河南 禹州 461690）摘要：本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對HR3C、SUPER 304H兩種鋼種代用鎳基焊材的選用及焊接過程中出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述，通過采取措施保證了焊接質(zhì)量，為其它超超臨界工程中鎳基焊材的應(yīng)用提供了借鑒。關(guān)鍵詞：超超臨界機(jī)組 HR3C SUPER304H 焊接1 工程概況許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺660WM火電機(jī)組，機(jī)組參數(shù)為605/603/16.03MPa，其中鍋爐為上海鍋爐廠1900t/h超超臨界壓力直流鍋爐，該鍋爐使用了大量的新型進(jìn)口鋼種，如SUPER 304H、TP310HCbN（以下簡稱HR3C）、SA335-P92等，這些鋼種在國內(nèi)的應(yīng)用還不是十分成熟，特別是SUPER 304H、HR3C兩種鋼材，SUPER 304H 是日本住友金屬株式會(huì)社和三菱重工開發(fā)出來的一種新型的的188 型奧氏體不銹鋼，具有較高的高溫許用應(yīng)力和較強(qiáng)的耐腐蝕性。TP310HCbN（HR3C）是由日本SUMITOMO 研制開發(fā)的是一種比常規(guī)不銹鋼材料具有更高高溫強(qiáng)度和耐蝕性能的新型不銹鋼。本工程中使用HR3C、SUPER 304H鋼種的受熱面有后屏過熱器、末級過熱器、末級再熱器，其焊口數(shù)量見下表：序號名稱SUPER 304H焊口數(shù)量HR3C焊口數(shù)量1后屏過熱器11322末級過熱器7267263末級再熱器8202 焊材選用與這兩種鋼種成分匹配的焊絲只有日本生產(chǎn)的YT-304H、YT-HR3C，因目前這兩種焊絲市場上采購周期很長且價(jià)格昂貴，為了確保工期及焊接質(zhì)量，我們通過各種渠道收集、了解可替代焊絲，招集各相關(guān)單位的專家進(jìn)行探討，最終確定在ERNiCrCoMo-1和ERNiCr-3兩種鎳基焊絲之間進(jìn)行選擇。我們了解到哈爾濱鍋爐廠從華能營口電廠開始將ERNiCr-3焊絲用于焊接SUPER 304H，應(yīng)用情況較好，其焊接接頭已運(yùn)行兩年多；ERNiCrCoMo-1焊絲目前還沒有大批量的工程應(yīng)用，各電科院、火電建設(shè)單位均處于試驗(yàn)研究階段。同時(shí)根據(jù)ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范案例2115-1,HR3C焊縫填充金屬應(yīng)僅限于采用SFA-5.11標(biāo)準(zhǔn)的EniCrFe-2類或ERNiCr-3類鎳基填充金屬。因此我們最初選定使用ERNiCr-3焊絲，在經(jīng)焊接工藝評定合格后，并經(jīng)焊工練習(xí)合格后，于08年7月底開始用于末級再熱器HR3C的焊接。08年8月初，電力行業(yè)電站焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織各單位召開HR3C代用焊材研討會(huì)，會(huì)議建議采用ERNiCrCoMo-1做為HR3C的代用焊材。根據(jù)會(huì)議提供的英國曼徹特焊接材料公司的研究材料中，對HR3C、SUPER 304H分別使用ERNiCrCoMo-1和ERNiCr-3焊絲焊接的焊接接頭進(jìn)行了蠕變強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)表明使用 ERNiCr-3焊絲的焊接接頭蠕變強(qiáng)度均低于母材強(qiáng)度平均值的80%，使用ERNiCrCoMo-1焊絲的焊接接頭性能優(yōu)于母材性能。其性能比較見下圖：(1)82類鎳基合金焊縫金屬蠕變性能低于HR3C、SUPER 304H母材圖1：82類鎳基合金焊縫金屬蠕變性能低與HR3C母材比較圖2：82類鎳基合金焊縫金屬蠕變性能低與Super 304H母材比較(2)617類鎳基合金焊縫金屬蠕變性能優(yōu)于HR3C、SUPER 304H母材圖3：617類鎳基合金焊縫金屬蠕變性能低與HR3C母材比較圖4：617類鎳基合金焊縫金屬蠕變性能低與Super 304H母材比較因此，為了保證焊接質(zhì)量，我們要求安裝單位重新對HR3C、SUPER 304H采用ERNiCrCoMo-1進(jìn)行焊接工藝評定，在工藝評定合格后，將原來采用ERNiCr-3焊接的80道焊口割除，重新用ERNiCrCoMo-1焊接。3 焊接應(yīng)用及工藝改進(jìn)在實(shí)際焊接過程中，又發(fā)現(xiàn)了一系列的問題，焊工嚴(yán)格按焊接工藝焊接的SUPER304H、HR3C焊口，經(jīng)射線檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)均存在根部內(nèi)凹缺陷，且超過70%的焊口內(nèi)凹深度超標(biāo)，經(jīng)重新焊接試樣割開后發(fā)現(xiàn)內(nèi)凹出現(xiàn)在打底層接頭根部。這種情況在焊接工藝評定時(shí)及地面練習(xí)時(shí)均未出現(xiàn)，為什么在安裝焊接中會(huì)出現(xiàn)根部內(nèi)凹缺陷呢？為了分析原因，我們對焊接工藝過程進(jìn)行了仔細(xì)的排查，沒有發(fā)現(xiàn)問題，后來又經(jīng)多次焊接試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在地面焊接練習(xí)時(shí)使用的是短管，可采用管口充氬的方式，氬氣保護(hù)良好，不會(huì)出現(xiàn)根部內(nèi)凹現(xiàn)象；而安裝焊口采用的是在焊口處充氬，打底至最后接頭時(shí)，需抽出充氣管，這時(shí)接頭部位得不到好的保護(hù)，再加上ERNiCrCoMo-1的粘性大、流動(dòng)性差，從而產(chǎn)生了內(nèi)凹。為消除內(nèi)凹，我們組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了探討，并進(jìn)行了多次焊接試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)焊口根部內(nèi)凹并未完全消除，但通過適當(dāng)增加焊接電流，提高打底層接頭部位溫度等可減小內(nèi)凹深度，從而保證內(nèi)凹部位焊縫有效厚度符合規(guī)程要求。因此我們對現(xiàn)場焊接提出了嚴(yán)格的要求，對于末級再熱器焊口，因出口集箱開口，要求進(jìn)入集箱內(nèi)對焊口至集箱段進(jìn)行整體充氬，可以確保充氬效果。同時(shí)對現(xiàn)場施焊提出如下要求：(1)要求打底層厚度保持在2mm以下，以保證熔池的流動(dòng)性；填充及蓋面層要采用窄焊道，焊層厚度小于2.4mm，以獲得良好的沖擊韌性。(2)焊接時(shí)焊把做小幅擺動(dòng)，焊絲盡量不要作鋸齒擺動(dòng)。(3)焊接過程中要保持電流一致，嚴(yán)格控制層間溫度不高于100。(4)焊口每一層焊道均要將表面氧化物清理干凈，用不銹鋼刷打磨出金屬光澤，避免出現(xiàn)氧化物夾渣。(5)管子在對口前在管道內(nèi)部用水溶紙作好氣室，水溶紙的位置距焊口應(yīng)大于70mm，確保充氬效果。(6)背面保護(hù)充氬流量為8-10L/min，充氬2-3分鐘后確認(rèn)氣室內(nèi)空氣排凈后方可開始點(diǎn)焊。(7)打底封口剩余10mm左右時(shí)，將充氬流量減為2-3L/min；(8)所有焊工必須在地面進(jìn)行嚴(yán)格的練習(xí)，練習(xí)中對焊層厚度、焊道寬度、層間溫度、層間清理情況等進(jìn)行檢查，確保均符合要求并檢驗(yàn)合格后方能正式施焊。4 結(jié)束語通過對HR3C、SUPER 304H鋼材的工藝試驗(yàn)，我們基本上掌握了ERNiCrCoMo-1焊接特性，發(fā)現(xiàn)了焊接的特點(diǎn)與難點(diǎn)，并找出了相應(yīng)的處理方法，保證了焊接質(zhì)量和工程進(jìn)度。HR3C、SUPER 304H兩種鋼材在我公司使用ERNiCrCoMo-1代用焊絲獲得了成功，也為以后工程應(yīng)用提供了良好的借鑒。#3鍋爐已于2009年6月24日順利通過168試運(yùn)轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行，焊口情況良好，未發(fā)生泄漏現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)1 英國曼徹特焊接材料公司：采用617 鎳基材料焊接HR3C 奧氏體耐熱鋼2 英國曼徹特焊接材料公司：采用617 鎳基材料焊接Super 304H (超級304)鋼作者簡介：郭世豪（1975-），男，河南，武漢水利電力大學(xué)金屬材料及熱